【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線の強度増幅と空間コヒーレンス（可干渉性）改善に関するものであって、パルスレーザー光を金属やガスなどに線集光して線状プラズマを形成し、そこに外部からＸ線を種光として導入することによって、Ｘ線の強度増幅と空間コヒーレンス改善を同時に行うことを特徴とする。
【０００２】
【従来の技術】
現在一般に、空間コヒーレンスの高いＸ線は、大強度のパルスレーザー光（励起レーザー）を金属やガスなどのターゲットに照射し、それにより生成したプラズマ（Ｘ線増幅媒質）中に生じる利得領域を自然放出Ｘ線が伝搬・増幅することよって得られている。しかしＸ線の空間コヒーレンスを上げるためには、増幅媒質中に非常に狭い利得領域で且つ長い利得領域長さ（低いフレネル数）を必要とし、さらに利得領域内のＸ線増幅媒質の空間的な均一性を上げる必要がある。
【０００３】
ところが高空間コヒーレンスＸ線を得るために必要十分な利得領域をレーザープラズマ中に生成するためには、ナノ秒以下という非常に短い時間内に数十Ｊという非常に大きなエネルギーをターゲットに与える必要があるため、励起レーザー施設が巨大化してしまう。またＸ線の増幅及び空間コヒーレンス特性はＸ線増幅媒質の空間的な均一性に多大な影響を受けるため、Ｘ線増幅媒体を生成するための励起レーザー光強度の空間的な均一性に十分に注意を払う必要がある。
【０００４】
現在世界各国で行われている高指向性Ｘ線発生実験での現状の典型的利得領域は、直径が約５０μｍ、利得長が６ｍｍ〜３ｃｍ程度と非常に小さい。このため、実効的にフレネル数を下げるために多層膜ミラーを用いた折り返し増幅や、励起レーザー照射強度の均一性を確保するために、マスクを使って励起レーザー光の均一に近い強度部分のみを取り出してターゲットに線集光する方法などが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
パルスレーザー照射によるプラズマＸ線源では、Ｘ線増幅媒質中での利得時間が短いため、折り返し増幅のＸ線往復回数は数回に制限されてフレネル数低減に限界がある。
【０００６】
またプラズマ中の増幅利得が発生する領域に急峻な電子密度勾配があれば、Ｘ線が伝搬位置に依存した屈折を受け、空間コヒーレンスが下がってしまうという問題がある。本発明では、これらの欠点を除いて、Ｘ線を増幅しさらに空間コヒーレンスを改善するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
高コヒーレンスＸ線を得るために、Ｘ線発振器と空間フィルターを組み合わせた構成にする。レーザープラズマＸ線源やＸ線レーザーなどのＸ線発振器からのＸ線を、パルスレーザーを線状にターゲットに照射して形成した線状プラズマに導入し、プラズマ中に生じた狭い利得領域を空間フィルター及び増幅媒質として使って、外部から入射したＸ線の増幅及び空間コヒーレンスの改善を同時に行うものである。
【０００８】
外部からの導入Ｘ線の増幅及び空間コヒーレント改善に用いられるターゲット物質は、銀、サマリウム、Ｘｅガスなど、そのプラズマが外部導入Ｘ線の波長に利得を持つ物質であれば固体・液体・気体ともに制限はない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明における方法を実施するための装置構造、及びそれによって達成されたコヒーレンスにおける改善を図に基づいて説明すると次のとおりである。
【００１０】
図１は、Ｘ線発振器にＸ線レーザーを用いた高空間コヒーレンスＸ線発生の原理図である。第１ターゲットから発振したコヒーレンスの低いＸ線レーザーパルス光の一部を、第２ターゲット上の線状プラズマに導入することにより増幅され、且つ狭く絞られて空間コヒーレンスが改善されたＸ線パルスが得られることを示している。
【００１１】
図２は、発生したＸ線のＦａｒ Ｆｉｅｌｄイメージの概略図である。Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄイメージとは、Ｘ線源から遠く離れた地点でのＸ線の空間的広がりのことであり、これを測定することによりＸ線の広がり角などのＸ線源の質に関する情報を得ることが出来る。通常はＸ線源から離れた地点に写真フィルムやＣＣＤなどの二次元イメージング装置を置いて、Ｘ線源から遠距離でのＸ線強度空間分布を測定する。空間コヒーレンスが悪いと、Ｘ線はどんどん空間的に広がってしまい、コヒーレンス性を持つ光の特徴である光の干渉性が無くなってしまう。
【００１２】
図３は、第１ターゲットで発生したＸ線レーザーパルス光のＦａｒ Ｆｉｅｌｄイメージであり、図４は、ダブルターゲット実験によって空間コヒーレンスのあがったＸ線パルスのＦａｒ Ｆｉｅｌｄイメージであり、そして図５は、ダブルターゲットからのＸ線レーザーパルスがダブルスリットを通過して生じた干渉縞パターンを示す図である。
【００１３】
図６は、その干渉縞の谷の深さから計算されるコヒーレンス度指標であるＶｉｓｉｂｉｌｉｔｙ（ビジビリティ：干渉縞のコントラスト）値計算結果である。レーザー光に代表されるコヒーレンス性を持つ光は、二つのスリットを通過するとそれぞれで回折をうけて遠距離に干渉縞を作る。コヒーレンスが悪いと干渉性が良くないため干渉縞の谷間が浅く縞構造が明確にならないが、コヒーレンス性が向上するにつれて谷間が深くシャープになっていく。図５、図６を見れば分かるように、非常にシャープな干渉縞が得られており、空間コヒーレンスが非常に高いことが分かる。
【００１４】
上記ダブルスリットの構造は、図７に示されるとおり、厚さ２０〜３０μｍのニッケル製薄板の中心付近に幅２０μｍ、長さ２ｍｍ程度の細長いスリット穴が種々の間隔で二つ設けられたものである。その使用方法は、図８に示されるとおり、ダブルスリットを写真フィルム又はＣＣＤ等の二次元イメージ装置の前に置き、これにコヒーレント性を持ったＸ線を照射する場合、この二つのスリットから抜け出たＸ線がイメージ装置において重なり合い、干渉縞が形成され、その縞の溝が深いほどＸ線の空間コヒーレンスが高いことにより、照射したＸ線のコヒーレント性の評価に用いられる。
【００１５】
【実施例】
実施例を図面に基づいて説明する。外部から導入するＸ線はＸ線レーザーを用い、二つのターゲットを使って一方で種光となるＸ線レーザーを発振し、もう片方で空間コヒーレンスを向上させるための線状プラズマを発生させるというダブルターゲット実験形式である。
【００１６】
図１に示すように、増幅され、また空間コヒーレンスが改善されたＸ線レーザーを発振させるために、第一ターゲットとして銀板を用い、そこに外部からＸ線レーザー発振用パルスレーザー光を線状に照射する。すると線状プラズマに沿った方向に空間コヒーレントの悪いＸ線レーザーパルスが発生し、これをすこし離して設置してある銀板の第二ターゲットに導く。ここで第一ターゲットから伝搬してきたＸ線レーザーパルスが通過するタイミングで別の線状プラズマ生成用パルスレーザー光を線集光させて照射し、線状プラズマを生成する。
【００１７】
第一ターゲットで発生したＸ線レーザーパルスは、ビームが大きく広がり空間コヒーレンスが非常に悪いが、このＸ線レーザーパルスの一部を第二ターゲット上の線状プラズマ中に入射させると、プラズマ中に発生する線状の非常に狭く長い利得領域をＸ線レーザーパルスは伝搬し、このプラズマ中の狭い利得領域が一種の空間フィルター及び増幅媒質として働いて、Ｘ線の強度増強と空間コヒーレンス改善が同時に実現する。
【００１８】
図２にＦａｒ ｆｉｅｌｄイメージの概念を、図３と図４に第一ターゲットのみからのＸ線レーザーパルスのＦａｒ ｆｉｅｌｄイメージとダブルターゲット実験によって得られたＦａｒ ｆｉｅｌｄイメージをそれぞれ示す。実験条件として、種光としてのＸ線レーザーパルス発生及び第二ターゲット上で線状プラズマを発生させるパルスレーザー光は、両方とも波長１０５３ｎｍで、線状集光サイズは幅２０μｍ×長さ６ｍｍである。また第一ターゲットへの照射強度は１５Ｊ、４ｐｓパルス幅（２．５×１０１５Ｗ／ｃｍ２）、第二ターゲットへの照射強度は２０Ｊ、１２ｐｓパルス幅（７．５×１０１４Ｗ／ｃｍ２）である。第一ターゲットと第二ターゲットの間隔は２０ｃｍである。
【００１９】
図３より分かるように第一ターゲットのみからのＸ線レーザーパルスは、画面全体に大きく弱く広がったＸ線分布を示しており、空間コヒーレンスが非常に悪い（Ｘ線レーザーパルスの発散角：縦５．４ｍｒａｄ×横７．４ｍｒａｄ）。ところが、図３より分かるようにダブルターゲットにすると、Ｘ線レーザーパルスはスポット状の非常に狭く強いＸ線レーザーパルスとなっており、Ｘ線強度および空間コヒーレンス共劇的に改善されていることが分かる（Ｘ線レーザーパルスの発散角：縦横とも０．２ｍｒａｄ）。さらに図５にダブルターゲットからのＸ線レーザーパルスをダブルスリットを透過させた時に生じる干渉縞パターンを、また図６にはこの干渉縞から評価されたコヒーレンスの度合いを表すＶｉｓｉｂｉｌｉｔｙ値結果を示す。ダブルスリット干渉パターンから計算されたダブルターゲットＸ線パルスのＶｉｓｉｂｉｌｉｔｙは０．９５８となった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の方法によって、放射光や高次高調波、Ｘ線レーザーなどの様々なＸ線源からのＸ線を、空間コヒーレンスを改善するとともにその強度をも増幅させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｘ線発振器にＸ線レーザーを用いた高空間コヒーレンスＸ線発生の原理図である。
【図２】Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄイメージの概略図である。
【図３】第１ターゲットで発生したＸ線レーザーパルス光のＦａｒ Ｆｉｅｌｄイメージである。
【図４】ダブルターゲット実験によって空間コヒーレンスのあがったＸ線パルスのＦａｒ Ｆｉｅｌｄイメージである。
【図５】ダブルターゲットからのＸ線レーザーパルスがダブルスリットを通過して生じた干渉縞パターンである。
【図６】その干渉縞の谷の深さから計算されるコヒーレンス度指標であるＶｉｓｉｂｉｌｉｔｙ値計算結果である。
【図７】ダブルスリットの構造を示す図である。
【図８】ダブルスリットの使用方法を示す図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to X-ray intensity amplification and spatial coherence (coherence) improvement, and focuses a pulsed laser beam on a metal or gas to form a linear plasma, from which X-rays are externally applied. It is characterized in that X-ray intensity amplification and spatial coherence improvement are performed simultaneously by introducing a ray as seed light.
[0002]
[Prior art]
Currently, generally, X-rays with high spatial coherence irradiate a target such as a metal or gas with a high-intensity pulsed laser beam (excitation laser), and naturally generate a gain region generated in plasma (X-ray amplification medium) generated by the target. The emitted X-rays are obtained by propagation and amplification. However, in order to increase the spatial coherence of X-rays, a very narrow gain region and a long gain region length (a low Fresnel number) are required in the amplification medium, and the spatial distribution of the X-ray amplification medium in the gain region is required. It is necessary to improve uniformity.
[0003]
However, in order to generate a sufficient and sufficient gain region in the laser plasma to obtain high spatial coherence X-rays, it is necessary to apply a very large energy of several tens J to the target within a very short time of less than nanoseconds. As a result, the size of the pump laser facility becomes large. Since the X-ray amplification and spatial coherence characteristics are greatly affected by the spatial uniformity of the X-ray amplifying medium, the spatial uniformity of the excitation laser beam intensity for generating the X-ray amplifying medium is sufficient. Care must be taken.
[0004]
The current typical gain region in the high-directivity X-ray generation experiments currently being carried out in various countries around the world has a very small diameter of about 50 μm and a gain length of about 6 mm to 3 cm. For this reason, in order to effectively reduce the Fresnel number, return amplification using a multilayer mirror is used. A method of taking out the light and condensing the light on a target is performed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In a plasma X-ray source by pulsed laser irradiation, since the gain time in the X-ray amplification medium is short, the number of round-trip X-ray round trip amplification is limited to several times, and there is a limit in reducing the Fresnel number.
[0006]
If there is a steep electron density gradient in the region where the amplification gain is generated in the plasma, there is a problem that the X-rays undergo refraction depending on the propagation position and the spatial coherence is reduced. The present invention eliminates these drawbacks and amplifies X-rays and further improves spatial coherence.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to obtain high coherence X-rays, an X-ray oscillator and a spatial filter are combined. X-rays from an X-ray oscillator, such as a laser plasma X-ray source or an X-ray laser, are introduced into a linear plasma formed by irradiating a target with a pulsed laser in a linear manner. It is used as a filter and an amplification medium to simultaneously amplify X-rays incident from the outside and improve spatial coherence.
[0008]
The target material used to amplify the externally introduced X-rays and improve the spatial coherence is silver, samarium, Xe gas, etc., as long as the plasma has a gain at the wavelength of the externally introduced X-rays. No restrictions.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The device structure for implementing the method according to the invention and the improvement in coherence achieved thereby will now be described with reference to the figures.
[0010]
FIG. 1 is a principle diagram of high spatial coherence X-ray generation using an X-ray laser as an X-ray oscillator. A part of the X-ray laser pulse light with low coherence oscillated from the first target is amplified by introducing a part of the linear plasma on the second target into a linear plasma, and the X-ray pulse with narrowed spatial coherence is improved. It shows that it can be obtained.
[0011]
FIG. 2 is a schematic diagram of a Far Field image of the generated X-ray. The Far Field image is the spatial spread of X-rays at a point far away from the X-ray source. By measuring this, information about the quality of the X-ray source, such as the X-ray spread angle, can be obtained. Can be done. Usually, a two-dimensional imaging device such as a photographic film or a CCD is placed at a position distant from the X-ray source, and the X-ray intensity spatial distribution at a long distance from the X-ray source is measured. If the spatial coherence is poor, the X-rays will spread more and more spatially, and the coherence of light, which is a characteristic of light having coherence, will be lost.
[0012]
FIG. 3 is a Far Field image of the X-ray laser pulse light generated from the first target, FIG. 4 is a Far Field image of the X-ray pulse having increased spatial coherence by the double target experiment, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing an interference fringe pattern generated when an X-ray laser pulse from a double target passes through a double slit.
[0013]
FIG. 6 shows a Visibilty (visibility: interference fringe contrast) value calculation result as a coherence degree index calculated from the depth of the valley of the interference fringe. Light having coherence, represented by laser light, undergoes diffraction when passing through two slits, and forms interference fringes at long distances. If the coherence is poor, the valley of the interference fringes is shallow and the fringe structure is not clear because the coherence is not good, but the valley becomes deeper and sharper as the coherence is improved. 5 and 6, very sharp interference fringes are obtained, and the spatial coherence is very high.
[0014]
As shown in FIG. 7, the structure of the double slit is such that two thin slit holes having a width of about 20 μm and a length of about 2 mm are provided at various intervals near the center of a nickel thin plate having a thickness of 20 to 30 μm. is there. As shown in FIG. 8, the method of use is to place a double slit in front of a two-dimensional image device such as a photographic film or a CCD, and to irradiate this with coherent X-rays, escape from these two slits. The X-rays overlap in the image apparatus to form interference fringes, and the deeper the groove of the fringes, the higher the spatial coherence of the X-rays.
[0015]
【Example】
Embodiments will be described with reference to the drawings. X-rays introduced from the outside use an X-ray laser, use two targets to oscillate an X-ray laser that serves as seed light, and generate a linear plasma to improve spatial coherence on the other. Target experiment format.
[0016]
As shown in FIG. 1, a silver plate is used as a first target to oscillate an amplified and improved spatial coherence X-ray laser, and a pulse laser beam for X-ray laser oscillation is linearly applied thereto from outside. Irradiation. Then, an X-ray laser pulse having poor spatial coherence is generated in a direction along the linear plasma, and the X-ray laser pulse is guided to a second target of a silver plate placed a little apart. Here, at the timing when the X-ray laser pulse propagated from the first target passes, another linear plasma generation pulse laser beam is condensed and irradiated to generate a linear plasma.
[0017]
The X-ray laser pulse generated by the first target has a large beam and very poor spatial coherence. However, when a part of the X-ray laser pulse is incident on the linear plasma on the second target, the X-ray laser pulse is generated in the plasma. An X-ray laser pulse propagates in a very narrow and long linear gain region generated, and the narrow gain region in the plasma acts as a kind of spatial filter and amplifying medium, thereby simultaneously enhancing the X-ray intensity and improving the spatial coherence. Realize.
[0018]
FIG. 2 shows the concept of the Far field image, and FIGS. 3 and 4 show the Far field image of the X-ray laser pulse from only the first target and the Far field image obtained by the double target experiment, respectively. As the experimental conditions, both the X-ray laser pulse generation as seed light and the pulse laser light for generating linear plasma on the second target have a wavelength of 1053 nm, and the linear focusing size is 20 μm wide × 6 mm long. . The irradiation intensity on the first target is 15 J, 4 ps pulse width (2.5 × 10 15 W / cm 2 ), and the irradiation intensity on the second target is 20 J, 12 ps pulse width (7.5 × 10 14 W / cm 2). 2 ). The distance between the first target and the second target is 20 cm.
[0019]
As can be seen from FIG. 3, the X-ray laser pulse from only the first target has a large and weakly spread X-ray distribution over the entire screen, and has very poor spatial coherence (divergence angle of X-ray laser pulse: 5 vertical). 0.4 mrad x 7.4 mrad in width). However, as can be seen from FIG. 3, when a double target is used, the X-ray laser pulse is a very narrow and strong X-ray laser pulse having a spot shape, and the X-ray intensity and spatial coherence are both dramatically improved. It can be seen (divergence angle of X-ray laser pulse: 0.2 mrad both vertically and horizontally). Further, FIG. 5 shows an interference fringe pattern generated when an X-ray laser pulse from a double target is transmitted through a double slit, and FIG. 6 shows a Visibility value result indicating a degree of coherence evaluated from the interference fringes. Visibility of the double target X-ray pulse calculated from the double slit interference pattern was 0.958.
[0020]
【The invention's effect】
The method of the present invention makes it possible to improve spatial coherence and amplify the intensity of X-rays from various X-ray sources such as radiation, higher harmonics, and X-ray lasers.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle diagram of high spatial coherence X-ray generation using an X-ray laser as an X-ray oscillator.
FIG. 2 is a schematic diagram of a Far Field image.
FIG. 3 is a Far Field image of an X-ray laser pulse light generated from a first target.
FIG. 4 is a Far Field image of an X-ray pulse having increased spatial coherence by a double target experiment.
FIG. 5 is an interference fringe pattern generated when an X-ray laser pulse from a double target passes through a double slit.
FIG. 6 shows a Visibility value calculation result as a coherence degree index calculated from the depth of the valley of the interference fringes.
FIG. 7 is a diagram showing a structure of a double slit.
FIG. 8 is a diagram showing how to use a double slit.
