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論文

Submicron scale image observation with a grazing incidence reflection-type single-shot soft X-ray microscope

馬場 基芳*; 錦野 将元; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 南 康夫*; 武井 亮太*; 山極 満; 河内 哲哉; 末元 徹

Japanese Journal of Applied Physics, 53(8), p.080302_1 - 080302_4, 2014/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:59.19(Physics, Applied)

軟X線光源として波長13.9nm、パルス幅8ピコ秒の軟X線レーザーを用 いたシングルショット斜入射反射型軟X線顕微鏡の開発を行っている。結像光学素子としてフレネルゾーンプ レートを用いることで高空間分解能を達成している。サブミクロンスケールの溝構造をつけたプラチナサンプルの表面を約360nmの空間分解能でシングルショット撮像に成功した。ケーラー照明を用いることで100ミクロンの幅広い空間視野を保ち、また、この軟X線顕微鏡は100ミクロン以上の深さの焦点深度を持つことを確認した。この高空間分解能の軟X線顕微手法により、単一パルスのフェムト秒レーザーによって引き起こされる レーザーアブレーションの過程や表面の微細構造を高空間,高時間分解能で観察することが可能となった。

論文

Time-resolved soft X-ray imaging of femtosecond laser ablation process in metals

富田 卓朗*; 錦野 将元; 長谷川 登; 南 康夫*; 武井 亮太*; 馬場 基芳*; 江山 剛史*; 高吉 翔大*; 海堀 岳史*; 守田 利昌; et al.

Journal of Laser Micro/Nanoengineering, 9(2), p.137 - 142, 2014/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:62.04(Nanoscience & Nanotechnology)

リップル形成やナノアブレーションなどのフェムト秒レーザーアブレーションに関する基礎的なメカニズムは理解されていない。単一パルス照射によって引き起こされる基礎過程を理解するために、我々はプラズマ励起軟X線レーザー(波長13.9nm)による軟X線反射率計測を用いて、白金, 金, タングステンにおけるアブレーションフロントの表面状態についての計測を開始した。ガウス型の強度分布を持ったフェムト秒チタンサファイアレーザー光(波長795nm)をポンプ光とし、局所フルエンスに対するアブレーションダイナミクスの依存性を明らかにすることを試みている。ポンプ光とプローブ光のタイミングジッターをさけるために、X線ストリークカメラを用いたタイミング計測手法を開発しすべてのショットにおいてタイミング計測を行った。ポンプ・プローブ実験結果から金属の種類によって、その軟X線反射像の時間経過や中心のアブレーション痕の周りに発生するダークリングと呼ばれる軟X線低反射領域の形成が大きく違うことを確認した。これらの実験結果は、フェムト秒レーザーアブレーションにおける数値シミュレーションのベンチマークとなると考えられる。

論文

軟X線レーザー干渉計と反射率計を用いたフェムト秒レーザーアブレーションダイナミクスの計測

錦野 将元; 長谷川 登; 石野 雅彦; 山極 満; 河内 哲哉; 南 康夫*; 寺川 康太*; 武井 亮太*; 馬場 基芳*; 末元 徹; et al.

JAEA-Conf 2013-001, p.16 - 19, 2013/09

フェムト秒レーザーアブレーションに関する興味深い現象が数多く報告されているが、その基礎的なメカニズムは理解されていない。そこでプラズマ励起軟X線レーザーによる軟X線干渉計を用いたアブレーションフロントの膨張過程の観測、及び軟X反射率計測からアブレーションフロントの表面状態について研究を開始した。特に、ガウス型の強度分布を持ったポンプ光を用いることで、局所フルエンスに対するアブレーションダイナミクスの依存性を明らかにすることを試みている。反射率計測の結果からは、局所照射フルエンスに対して閾値特性を持ったアブレーションダイナミクスの変化が計測されている。しかし、これまでに干渉計測と反射率計測を併せたアブレーションダイナミクスの検討は十分に行えていなかった。本研究では系統的な計測時間やポンプレーザー照射強度における軟X線干渉計測と軟X線反射率計測の結果を比較し検討を行う。

論文

Observation of the nano-scale surface dynamics of femtosecond laser ablation by time-resolved soft X-ray imaging technique

錦野 将元; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 南 康夫*; 武井 亮太*; 馬場 基芳*; 江山 剛史*; 高吉 翔大*; 河内 哲哉; 羽富 大紀*; et al.

Proceedings of SPIE, Vol.8849, p.88490E_1 - 88490E_6, 2013/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:20.14

近年、リップル形成やナノアブレーションなどのフェムト秒レーザーアブレーションに関する興味深い現象が 数多く報告されているが、その基礎的なメカニズムは理解されていない。このような現象は基本的にはマルチパルス照射によって引き起こされるものであるが、その基礎過程を理解するためには、まずは単一パルス照射によって引き起こされる過程を理解することが重要である。われわれはプラズマ励起軟X線レーザー(波長13.9nm)による軟X線干渉計を用いたアブレーションフロントの膨張過程の観測、及び軟X線反射率計測から複数の金属におけるアブレーションフロントの表面状態についての計測を開始している。ガウス型の強度分布を持ったフェムト秒チタンサファイアレーザー光(波長795nm)をポンプ光とし、局所フルエンスに対するアブレーションダイナミクスの依存性を明らかにすることを試みている。白金や金表面の干渉計測・反射率計測で得られたアブレーション初期過程の表面変化について講演を行う。

口頭

軟X線レーザーを用いたフェムト秒レーザーアブレーションダイナミクスの時間分解計測

錦野 将元; 山本 稔*; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 寺川 康太*; 南 康夫*; 武井 亮太*; 大西 諒*; 石野 雅彦; 海堀 岳史; et al.

no journal, , 

フェムト秒レーザー照射によるアブレーション等の現象の理解は、レーザープロセッシングの新たな可能性を開拓するために不可欠である。高空間・高時間分解能で取得したダイナミクスに関する情報は、フェムト秒レーザーによるアブレーション現象を直接知ることができるため有効な手段である。そこで低密度プラズマの影響を受けずに物質表面の構造変化を直接観察することが可能な軟X線レーザーをプローブ光とするポンプ・プローブ計測を行い、レーザーアブレーション過程の時間分解イメージングを行った。フェムト秒レーザーの照射強度によって生成されるアブレーション領域を3つの領域に分けて得られた計測結果について講演を行う。

口頭

軟X線レーザーを用いたフェムト秒レーザーアブレーションの時間分解計測手法の開発

長谷川 登; 錦野 将元; 越智 義浩; 海堀 岳史; 石野 雅彦; 今園 孝志; 佐々木 明; 山極 満; 河内 哲哉; 末元 徹; et al.

no journal, , 

「フェムト秒レーザー照射によるレーザーアブレーション」の初期過程の解明を目指し、「アブレーションしきい値近傍の照射強度領域における表面形状の過渡的な変化」の観測を行っている。固体表面を観測するのに適した波長を持つプラズマ軟X線レーザー(波長13.9nm,パルス幅7ps)をプローブ光源とした干渉計を開発し、これにポンプ光源としてチタンサファイアレーザー(波長800nm,パルス幅80fs)を組合せることで、「フェムト秒レーザー照射による金属表面のレーザーアブレーション」のナノメートル級の変位をピコ秒スケールの分解能で観測した。加えて、軟X線と赤外レーザーから参照光を作成しX線ストリークカメラでパルス間隔を常時モニターすることによって時間同期の精度を改善し、プラチナ表面での軟X線反射率変化を数ピコ秒以内の時間精度で観測を行うことに成功した。

口頭

フェムト秒レーザーアブレーション過程における軟X線反射率の局所フルエンス依存性,1

錦野 将元; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 南 康夫*; 武井 亮太*; 大西 諒*; 石野 雅彦; 山本 稔*; 寺川 康太*; 海堀 岳史; et al.

no journal, , 

フェムト秒レーザー照射によるアブレーション等の現象の理解は、レーザープロセッシングの新たな可能性を開拓するために不可欠であるが、その基礎的なメカニズムは理解されていない。単一パルス照射によって引き起こされる過程を高空間・高時間分解能で取得したダイナミクスに関する情報は、フェムト秒レーザーによるアブレーション現象を理解するうえで重要である。そこで低密度プラズマの影響を受けずに物質表面の構造変化を直接観察することが可能な軟X線レーザーをプローブ光とするフェムト秒レーザーポンプ・軟X線レーザープローブの時間分解反射率イメージングを行い、レーザーアブレーション過程の時間分解イメージングを行った。フェムト秒レーザーの照射強度によって生成されるアブレーション領域を3つの領域に分けて得られた時間分解計測結果について講演を行う。

口頭

白金におけるフェムト秒レーザーアブレーション過程,1

錦野 将元; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 南 康夫*; 武井 亮太*; 石野 雅彦; 山本 稔*; 寺川 康太*; 海堀 岳史; 河内 哲哉; et al.

no journal, , 

フェムト秒レーザー照射によるアブレーション等の現象の理解は、レーザープロセッシングの新たな可能性を開拓するために不可欠であるが、その基礎的なメカニズムは理解されていない。これらの現象は基本的にはマルチパルス照射によって引き起こされるものであるが、その基礎過程を理解するためには、単一パルス照射によって引き起こされる過程を理解することが重要である。そこで本研究では、プラズマ励起軟X線レーザー(13.9nm, 7ps)をプローブ光としてフェムト秒レーザーポンプ・軟X線レーザープローブの時間分解反射率イメージングを行い、チタンサファイア再生増幅システムからのパルス光(795nm, 80fs)による白金のレーザーアブレーション過程の時間分解軟X線反射率イメージングを行った。フェムト秒レーザーの照射強度によって生成されるアブレーション領域を3つの領域に分けて得られた反射率の時間分解計測結果について講演を行う。

口頭

軟X線レーザー反射イメージングによるフェムト秒レーザーアブレーション過程の時間分解計測

長谷川 登; 錦野 将元; 海堀 岳史; 河内 哲哉; 山極 満; 山本 稔*; 富田 卓朗*; 南 康夫*; 武井 亮太*; 末元 徹

no journal, , 

われわれは、フェムト秒レーザー照射によるレーザーアブレーションの初期過程の解明のために、プラズマ軟X線レーザー(波長13.9nm,パルス幅7ps)をプローブ光源として、金属表面の過渡的な変化の観測を行っている。今回、軟X線と赤外レーザーからFiducial光を作成しX線ストリークカメラでパルス間隔を常時モニターすることによって時間同期の精度を改善し、プラチナ表面での軟X線反射率変化を数ピコ秒以内の時間精度で観測を行うことに成功した。これにより、照射強度が1J/cm$$^{2}$$以上の領域では10ピコ秒以内に反射率が消失することに対して、1J/cm$$^{2}$$以下の領域では比較的穏やかに(40ps以上)反射率が低下することを明らかにした。

口頭

Development of the single shot soft X-ray interferometer for observation of the nanometer-scaled surface dynamics

長谷川 登; 河内 哲哉; 錦野 将元; 越智 義浩; 寺川 康太*; 武井 亮太*; 南 康夫*; 馬場 基芳*; 末元 徹; 山極 満

no journal, , 

「フェムト秒レーザー照射によるレーザーアブレーション」の初期過程の解明を目指し、固体表面の観測に適した波長を持つプラズマ軟Xレーザーをプローブ光源とした干渉計の開発を行った。また軟X線レーザーとフェムト秒レーザーの同期手法を改善することにより、同期精度を3ピコ秒以下に改良することに成功し、より精度の高い計測を可能とした。本手法を用いて、白金表面のアブレーション過程の初期過程におけるナノメートル級の変位をピコ秒スケールの分解能で観測することに成功したので、これを報告する。

口頭

軟X線プローブによるフェムト秒レーザーアブレーション過程の直接観測

長谷川 登; 錦野 将元; 山極 満; 河内 哲哉; 末元 徹; 富田 卓朗*; 馬場 基芳*; 寺川 康太*; 南 康夫*; 武井 亮太*

no journal, , 

フェムト秒レーザー照射によるアブレーションでは、特異的な構造の形成(ナノバブル構造)や極めて微小な掘削(ナノアブレーション)等の興味深い現象が観測されているが、その初期過程は高速かつ微細であるため観測が難しい。われわれはプローブ光をプラズマ軟X線レーザー(SXRL:波長13.9nm,パルス幅7ps)とすることで、物質の表面のみをシングルショットでの観測を可能とした。さらにダブルロイズ鏡を用いた軟X線干渉計(深さ分解能1nm)を開発し、白金薄膜の100ps以内のアブレーション初期過程の時間分解計測に成功した。ポンプ光(Ti:Sレーザー、ピーク強度3.3J/cm$$^{2}$$)照射後10ps以内で既に明確なフリンジシフトが観測されており、その後の膨張を観測することによって、100ps以内の初期状態における膨張速度(約1500m/s)の計測に成功した。

口頭

軟X線レーザー干渉計測と反射率計測で見るフェムト秒レーザーアブレーション

錦野 将元; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 武井 亮太*; 馬場 基芳*; 河内 哲哉; 山極 満; 末元 徹

no journal, , 

軟X線干渉計を用いたアブレーションフロントの膨張過程の観測及び 軟X反射率計測からアブレーションフロントの表面状態について計測を行ってきた。特にポンプ光にガウス型の強度分布を持ったフェムト秒レーザー光(800nm)をポンプ光として用いることで、局所フルエンスに対するアブレーションダイナミクスの依存性を明らかにすることにも成功した。その中でも、反射率計測において、局所フルエンスに対して明確な閾値特性を持ったアブレーションダイナミクスの変化が起こることが明らかになりつつある。現在、フェムト秒レーザーアブレーションダイナミクスについて干渉計測と反射率計測の結果を併せた検討を開始している。系統的な計測時間や照射強度の軟X線レーザー干渉計測と軟X線反射率計測との比較の結果について講演を行う。

口頭

軟X線レーザー干渉計測による白金のフェムト秒レーザーアブレーション

錦野 将元; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 武井 亮太*; 馬場 基芳*; 河内 哲哉; 山極 満; 末元 徹

no journal, , 

近年、リップル形成やナノアブレーションなどのフェムト秒レーザーアブレーションに関する興味深い現象が数多く報告されているが、その基礎的なメカニズムは理解されていない。われわれはプラズマ励起軟X線レーザーによる軟X線干渉計を用いたアブレーションフロントの膨張過程の観測、及び軟X反射率計測からアブレーションフロントの表面状態について議論を開始している。特に、ガウス型の強度分布を持ったポンプ光(795nm)を用いることで、局所フルエンスに対するアブレーションダイナミクスの依存性を明らかにすることを試みている。反射率計測においては、局所照射フルエンスに対して明確な閾値特性を持ったアブレーションダイナミクスの変化が起こることが明らかになりつつある。しかし、これまでに干渉計測と反射率計測を併せたアブレーションダイナミクスの検討は十分に行えていなかった。本研究では系統的な計測時間やポンプレーザー照射強度における軟X線干渉計測と軟X線反射率計測の結果を比較し検討を行う。

口頭

軟X線レーザー干渉計による白金のフェムト秒レーザーアブレーションの初期過程

錦野 将元; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 南 康夫*; 武井 亮太*; 石野 雅彦; 寺川 康太*; 江山 剛史*; 高吉 翔大*; 河内 哲哉; et al.

no journal, , 

近年、リップル形成やナノアブレーションなどのフェムト秒レーザーアブレーションに関する興味深い現象が数多く報告されているが、その基礎的なメカニズムは理解されていない。このような現象は基本的にはマルチパルス照射によって引き起こされるものであるが、その基礎過程を理解するためには、まずは単一パルス照射によって引き起こされる過程を理解することが重要である。われわれはプラズマ励起軟X線レーザー(波長13.9nm)による軟X線干渉計を用いたアブレーションフロントの膨張過程の観測、及び軟X線反射率計測からアブレーションフロントの表面状態についての計測を開始している。ガウス型の強度分布を持ったフェムト秒チタンサファイアレーザー光(波長795nm)をポンプ光とし、局所フルエンスに対するアブレーションダイナミクスの依存性を明らかにすることを試みている。講演では、白金表面の干渉計測で得られたアブレーション初期過程の表面変化について講演を行う。

口頭

軟X線レーザープローブによるフェムト秒レーザーアブレーション過程の時間分解計測

長谷川 登; 錦野 将元; 山極 満; 河内 哲哉; 末元 徹; 富田 卓朗*; 武井 亮太*; 馬場 基芳*

no journal, , 

フェムト秒レーザー照射によるアブレーションでは、グレーティング状構造等の特異的な構造の形成や極めて微小な掘削(ナノアブレーション)等の従来のナノ秒レーザーとは異なる現象が観測されている。これらは新たな加工技術として、そのメカニズムの解明が期待されている。われわれは、フェムト秒レーザーポンプ・軟X線レーザープローブ計測法を開発し、フェムト秒レーザーアブレーション過程の観測を開始している。今回、金属表面のアブレーション過程を軟X線反射率,干渉計測の二種類の計測法により観測することで、特にレーザー照射後百ピコ秒以内の初期過程の詳細計測を行った。さらに複数の材質に対して同様の計測を行うことにより、アブレーション過程の物質依存性の観測に成功した。

口頭

軟X線プローブによるフェムト秒レーザーアブレーション過程の直接観測,2

長谷川 登; 錦野 将元; 海堀 岳史*; 平野 裕介; 守田 利昌; 河内 哲哉; 山極 満; 富田 卓朗*; 南 康夫*; 寺川 康太*; et al.

no journal, , 

フェムト秒レーザー照射によるアブレーションでは、特異的な構造の形成(ナノバブル構造)や極めて微小な掘削(ナノアブレーション)等の興味深い現象が観測されているが、その初期過程は高速かつ微細であるため観測が難しい。われわれはプローブ光をプラズマ軟X線レーザー(波長13.9nm)とすることで、物質の表面のみのシングルショット観測を可能とした軟X線干渉計測装置を開発し、白金薄膜のアブレーション初期過程の時間分解計測を実施した。ポンプ光照射後から100ピコ秒後程度までに軟X線干渉計測で得られた表面の変化について報告を行う。また、フェムト秒レーザーアブレーションの照射強度依存性についても報告する。

口頭

Observation of the surface dynamics of femtosecond laser ablation by time-resolved soft X-ray imaging technique

錦野 将元; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 南 康夫*; 武井 亮太*; 馬場 基芳*; 江山 剛史*; 高吉 翔大*; 河内 哲哉; 山極 満; et al.

no journal, , 

リップル形成やナノアブレーションなどのフェムト秒レーザーアブレーションに関する興味深い現象が 数多く報告されているが、その基礎的なメカニズムは理解されていない。このような現象は基本的にはマルチパルス照射によって引き起こされるものであるが、その基礎過程を理解するためには、まずは単一パルス照射によって引き起こされる過程を理解することが重要である。われわれはプラズマ励起軟X線レーザー(波長13.9nm)による軟X線干渉計を用いたアブレーションフロントの膨張過程の観測、及び軟X線反射率計測から複数の金属におけるアブレーションフロントの表面状態についての計測を開始した。ガウス型の強度分布を持ったフェムト秒チタンサファイアレーザー光(波長795nm)をポンプ光とし、局所フルエンスに対するアブレーションダイナミクスの依存性を明らかにすることを試みている。白金,金やタングステンをサンプルとして用いた干渉計測・反射率計測で得られたアブレーション初期過程の表面ダイナミクスや表面膨張速度について講演を行う。

口頭

軟X線レーザーを用いた金属表面のフェムト秒レーザーアブレーション過程の観察,2

錦野 将元; 長谷川 登; 富田 卓朗*; 江山 剛史*; 柿本 直也*; 大西 直文*; 羽富 大紀*; 伊藤 篤史*; 南 康夫*; 武井 亮太*; et al.

no journal, , 

近年、フェムト秒レーザーアブレーションによるリップル形成、ナノスケールアブレーションやナノ粒子生成などに関する興味深い現象が数多く報告されているが、その基礎的なメカニズムは理解されていない。フェムト秒レーザー照射による金属のアブレーション過程の解明のために、フェムト秒レーザー(波長795nm, パルス幅80fs)ポンプ・ピコ秒軟X線レーザー(波長13.9nm, パルス幅7ps)プローブを構築し、ピコからナノ秒スケールで起きる金属のフェムト秒レーザーアブレーション過程の観測を行った。フェムト秒レーザー照射直後、数百ピコ秒後までの時間領域のサンプル表面でのアブレーション面の膨張過程についてダブルロイズ鏡を用いた軟X線干渉計測を行い、アブレーションフロントの表面状態について解析を行った。これらの実験結果と分子動力学シミュレーションを用いたフェムト秒レーザーアブレーションに関する結果を比較しアブレーションダイナミクスの検討を行った。これらの解析結果について講演する。

口頭

軟X線レーザープローブを用いた金属表面のフェムト秒レーザーアブレーション過程の観測

山極 満; 長谷川 登; 錦野 将元; 富田 卓朗*; 江山 剛史*; 柿本 直也*; 大西 直文*; 羽富 大紀*; 伊藤 篤史*; 南 康夫*; et al.

no journal, , 

「フェムト秒レーザー照射によるアブレーション」の解明を目指して、物質表面の計測に最適な軟X線(波長13.9nm)をプローブ光として、時間分解反射イメージング及び干渉計測を行っている。現在までに、フェムト秒レーザーが照射された直後に「表面から剥離した薄膜状の膨張フロント」がその形状を保ちつつ、膨張していく過程を明らかにしてきた。今回は、同じ時間帯において干渉計測を行うことで、膨張フロントの下方に存在する固体溶融面の膨張過程の観測に成功した。講演においては、これら固体溶融面と膨張フロントの時間発展について論議する。

口頭

軟X線レーザープローブを用いた金属のフェムト秒レーザーアブレーション過程の時間分解計測

長谷川 登; 錦野 将元; 富田 卓朗*; 武井 亮太*; 江山 剛史*; 柿本 直也*; 羽富 大紀*; 大西 直文*; 馬場 基芳*; 河内 哲哉; et al.

no journal, , 

フェムト秒レーザーポンプ・軟X線レーザープローブ計測法を開発し、フェムト秒レーザーアブレーション過程の観測を開始している。プローブ光に採用した「レーザー生成プラズマ方式の軟X線レーザー(波長13.9nm)」はシングルショット計測に十分な強度を持ち、可視光よりも到達可能な分解能が高く、かつ物質に対する浸入長が小さいため、物質表面の高精度観測に最適である。レーザーアブレーション過程は、初期過程における変化が高速($$sim$$ピコ秒)である反面、粒子が飛散する過程はマイクロ秒程度と長い時間をかけて行われる。我々は、この様な現象を同一の装置で観測するため、ポンプ光とプローブ光を異なる発振器で発生させることで両者の遅延時間を数ピコ秒の時間精度を保ちつつ、マイクロ秒以上の幅広い時間に対応させた。今回は本システムを用いることで、金属のフェムト秒レーザーアブレーション過程において、その初期(数ピコ秒)に金属表面から剥離した薄膜が、マイクロ秒程度まで膜としての形状を保持したまま膨張することを新たに見いだした。

口頭

軟X線レーザーを用いた金属表面のフェムト秒レーザーアブレーション過程の観測,1

長谷川 登; 錦野 将元; 富田 卓朗*; 江山 剛史*; 柿本 直也*; 羽富 大紀*; 大西 直文*; 伊藤 篤史*; 南 康夫*; 武井 亮太*; et al.

no journal, , 

光と固体の相互作用の初期過程である「フェムト秒レーザー照射によるアブレーション」の解明を目指して、物質表面の計測に最適な軟X線(波長13.9nm)をプローブ光とした時間分解計測を行っている。フェムト秒レーザーが照射されたサンプル表面を軟X線プローブにより干渉計測及び反射イメージング計測を行い、金属のアブレーション過程を数ピコ秒から数百ナノ秒に渡って観測することに成功している。本件では、フェムト秒レーザーがサンプルに照射された直後に「表面から剥離された薄膜状の膨張フロント」と基板の間での干渉現象(ニュートンリング)や膨張フロントの軟X線シャドウグラフ計測を用いたアブレーションダイナミクスの計測結果とその物質依存性について紹介する。

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