JP2711562B2 - Laser oscillation target - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、短波長の再結合プラズマレーザー発振装置
に係わり、特に、軟Ｘ線域のレーザー発振に好適なプラ
ズマ生成用固体ターゲットにおいて、レーザー媒質の高
利得が得られる形状のレーザー発振用ターゲットに関す
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a short-wavelength recombination plasma laser oscillation device, and more particularly to a solid-state target for plasma generation suitable for laser oscillation in a soft X-ray range. The present invention relates to a laser oscillation target having a shape capable of obtaining a high gain of a medium.
（従来技術） 固体ターゲット上に短パルス高出力レーザー光を線状
にフォーカスさせるとき、ターゲット表面に多価イオン
を含む高密度プラズマが生成される。発生した高密度プ
ラズマは、ターゲット表面から噴出すると同時に断熱的
に膨張し、急激に冷却され強く再結合する。この時、多
価イオンの励起準位間の反転分布が生じ、再結合レーザ
ーの発振動作が誘起される。(Prior Art) When a short-pulse high-power laser beam is linearly focused on a solid target, a high-density plasma containing polyvalent ions is generated on the target surface. The generated high-density plasma is adiabatically expanded at the same time as being ejected from the target surface, rapidly cooled, and strongly recombined. At this time, a population inversion between excitation levels of the multiply-charged ions occurs, and an oscillation operation of the recombination laser is induced.
ここ数年、このような短波長の再結合プラズマレーザ
ー、特に軟Ｘ線（0.3nm＜λ＜30nm）域のレーザーの研
究が急速に進展している。軟Ｘ線レーザーの励起方とし
ては、主に３の方法が考えられている。それらは電子衝
突法、再結合プラズマ法そして光励起法である。なかで
も再結合プラズマ法はレーザー波長が短くなるほど、他
の方法に比べてレーザー発振効率が有利になると考えら
れている。しかし、高密度プラズマを発生させるために
必要とされる励起用レーザーの照射強度は1013〜1014W/
cm2にも達し、例えば、レーザー核融合に使われている
超高出力レーザーシステムが使用されている。これらの
レーザーシステムは、大型装置であるために大きな建物
が必要であり、軟Ｘ線レーザーが原理的に可能であるこ
とが実験的に示されても、このような高価かつ大型の装
置が必要な限り現実的な実用化は困難であった。従っ
て、レーザー発振の高効率化を進め、各種分野への応用
研究に利用できる高エネルギーの軟Ｘ線レーザー出力が
得られる小型システムの実現が期待されている。In recent years, research on such a short-wavelength recombination plasma laser, particularly a laser in a soft X-ray (0.3 nm <λ <30 nm) region has been rapidly progressing. As a method of exciting the soft X-ray laser, three methods are mainly considered. They are the electron collision method, the recombination plasma method and the photoexcitation method. Above all, it is considered that the shorter the laser wavelength of the recombination plasma method is, the more advantageous the laser oscillation efficiency is compared to other methods. However, the irradiation intensity of the excitation laser required to generate high-density plasma is 10 13 to 10 14 W /
cm 2 and use, for example, the ultra-high power laser systems used in laser fusion. These laser systems require large buildings because they are large devices, and even if it is experimentally shown that a soft X-ray laser is possible in principle, such expensive and large devices are needed. Practical application as practical as possible has been difficult. Accordingly, it is expected that a small system capable of obtaining a high-energy soft X-ray laser output that can be used for application research in various fields by improving the efficiency of laser oscillation is achieved.
従来の再結合プラズマレーザー装置に使用されてきた
ターゲットには、ファイバー型、ホイル型及び平板型が
ある。これらのターゲットにおいて、発生したプラズマ
は、ターゲットの長さに垂直な方向には自由膨張できる
が、その長さ方向では膨張が制限されている。そこで、
プラズマの長さ方向の膨張を確保するため、励起用レー
ザー光をマスク板を用いて離散的に切り出し、プラズマ
を空間的、離散的に発生させる方法が提案されている
〔W.T.Sifvast,L.H.Szeto,and O R Woodll:Appl.Phys.L
ett.vol.34（３）,Feb.（1979）〕。Targets used in conventional recombination plasma laser devices include a fiber type, a foil type, and a flat type. In these targets, the generated plasma can freely expand in a direction perpendicular to the length of the target, but expansion is limited in the length direction. Therefore,
In order to secure the expansion in the longitudinal direction of the plasma, a method has been proposed in which the excitation laser light is cut out discretely using a mask plate to generate the plasma spatially and discretely (WTSifvast, LHSzeto, and OR Woodll: Appl.Phys.L
ett. vol. 34 (3), Feb. (1979)].
（発明が解決しようとする課題） しかし、軟Ｘ線レーザーの励起用レーザーは非常に高
出力であるので光路上に遮蔽版を配置する方法を使えな
い。(Problems to be Solved by the Invention) However, since a laser for excitation of a soft X-ray laser has a very high output, a method of disposing a shielding plate on an optical path cannot be used.
本発明は、かかる問題点を解決し、再結合レーザー発
振の高効率化を進め、特に、軟Ｘ線レーザーの高出力が
得られる実用的な小型システムを実現することを目的と
する。An object of the present invention is to solve such a problem and improve the efficiency of recombination laser oscillation, and in particular, to realize a practical small system capable of obtaining a high output of a soft X-ray laser.
（課題を解決するための手段） 上記の課題は、パルス状励起用レーザー光がラインフ
ォーカスされるターゲットにおいてレーザー光照射面に
凹部と凸部が形成され、同一パルスレーザー光が同一時
刻に照射される表面が離散的にされていることを特徴と
するレーザー発振用ターゲットを用いることにより、高
効率で大きな利得を得ることができる。(Means for Solving the Problems) The above-mentioned problem is caused by forming a concave portion and a convex portion on a laser light irradiation surface in a target on which a pulsed excitation laser beam is line-focused, and irradiating the same pulse laser beam at the same time. By using a laser oscillation target characterized in that its surface is made discrete, high efficiency and a large gain can be obtained.
ターゲット面を離散的に配置することにより、プラズ
マはどの方向にも自由膨張できるようになるので、プラ
ズマの再結合が更に強く起こり高効率で大きな反転分布
（利得）を得ることができる。By arranging the target surfaces discretely, the plasma can freely expand in any direction, so that the recombination of the plasma occurs more strongly and a large population inversion (gain) can be obtained with high efficiency.
（作用） 第３図は、凹凸表面構造を有する本発明のターゲット
にレーザー光を線状にフォーカスさせた時のプラズマ生
成過程を示す概念図である。まず、パルス状励起用レー
ザー光33がターゲット37に照射されるとターゲットの凸
部31の各々から高密度プラズマ32が発生する。ターゲッ
トの同一水準面が離散的に配置されているため、プラズ
マは、励起レーザー光33の線フォーカスの垂直方向
（Ｙ）および長さ方向（Ｘ）に沿って膨張することがで
きる。つまり、離散的に配置されたターゲットの面各々
からプラズマが自由に膨張し、プラズマの再結合が強く
おこり、高効率で大きな反転分布を生じせしめることが
できる。凹部34は、第２のターゲットとして機能するこ
とができる。この凹部は、ターゲット凸部表面31から適
度に後退した位置にあり、離散的ターゲットの開口部35
を通ってくる励起レーザー光33により第２のプラズマ36
を生成する。このプラズマは、時間的に遅延して噴出す
るため、これを利用することによりパルス状励起用レー
ザー光を用いても利得を長時間維持することが可能とな
る。従って、ターゲットを離散的に配置して自由膨張を
可能にすると共に、時間的に遅延したプラズマを発生す
ればプラズマの再結合がより一層長時間励起され、高効
率かつ長い間連続的な反転分布（利得）を達成すること
ができる。(Operation) FIG. 3 is a conceptual diagram showing a plasma generation process when a laser beam is linearly focused on the target of the present invention having an uneven surface structure. First, when the target 37 is irradiated with the pulsed excitation laser beam 33, a high-density plasma 32 is generated from each of the projections 31 of the target. Since the same level surfaces of the target are discretely arranged, the plasma can expand along the vertical direction (Y) and the length direction (X) of the line focus of the excitation laser beam 33. In other words, the plasma freely expands from each of the discretely arranged targets, and the recombination of the plasma occurs strongly, so that a large population inversion can be generated with high efficiency. The recess 34 can function as a second target. This concave portion is located at a position which is appropriately receded from the target convex portion surface 31, and the discrete target opening portion 35 is formed.
A second plasma 36 is generated by the excitation laser beam 33 passing through the
Generate Since this plasma is ejected with a time delay, it is possible to maintain the gain for a long time by using the pulsed excitation laser light. Therefore, the targets can be arranged discretely to allow free expansion, and if a time-delayed plasma is generated, the recombination of the plasma can be excited for a longer time, and a highly efficient and long-time continuous population inversion can be achieved. (Gain) can be achieved.
（発明の効果） 本発明のターゲットを使用することにより、再結合レ
ーザー媒質の利得を大幅に高くすることが可能になり、
また、利得を長時間維持することもできるため、従来よ
り小型の装置を用いて極めて高い効率でレーザー発振が
可能となった。(Effect of the Invention) By using the target of the present invention, it is possible to greatly increase the gain of the recombination laser medium,
Further, since the gain can be maintained for a long time, laser oscillation can be performed with extremely high efficiency using a device smaller than before.
（実施例） 以下に本発明の実施例について詳細に説明する。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail.
第１図は、本発明を実施するための装置全体の構成図
である。Nd−ガラスレーザー装置11から発振した励起用
レーザー光（λ＝1.053μｍ、パルス幅5ns、エネルギー
出力40J）12を半透鏡13で反射させて再結合レーザー発
振装置14内に導入する。一方、半透鏡13を透過したレー
ザーはレーザーパワーモニター15に入る。励起用レーザ
ー光は、前記装置14内に設けられたシリンドリカルレン
ズ16により、固体ターゲット17表面において50μｍ以下
の線幅をもつようなラインフォーカスとして集光させ
る。FIG. 1 is a configuration diagram of an entire apparatus for carrying out the present invention. Excitation laser light (λ = 1.053 μm, pulse width 5 ns, energy output 40 J) 12 oscillated from the Nd-glass laser device 11 is reflected by the semi-transparent mirror 13 and introduced into the recombination laser oscillation device 14. On the other hand, the laser transmitted through the semi-transparent mirror 13 enters the laser power monitor 15. The excitation laser light is focused by a cylindrical lens 16 provided in the device 14 as a line focus having a line width of 50 μm or less on the surface of the solid target 17.
第２図は、本発明のアルミ製ターゲットに励起用レー
ザーをラインフォーカスさせて再結合レーザー（特に、
軟Ｘ線レーザー波長域）の発振が得られる模様を示す概
念図である。同図に示すように、Al製ターゲット17は励
起用レーザー光12のフォーカスラインに対して凹凸部の
縞と直交するように設置する。凹凸部の形状は、それぞ
れ0.2〜1.5mm程度が好ましい。具体的に、凸部が1mm凹
部が1mmの幅のターゲットに励起用レーザーをラインフ
ォーカスし、ターゲット表面から0.2〜1.5mm離れた位置
で軟Ｘ線波長領域の分光測定を行った。この結果、上記
の凹凸構造を有するターゲットの場合、ターゲット表面
から0.2mm離れたところにおいて３本の軟Ｘ線スペクト
ル（13.5nm、14.0nm、14.5nm）のAES（自然光増幅）が
観測された。従って、第２図に示すような軟Ｘ線レーザ
ー波長域の共振器18、18′の光軸を調節して軟Ｘ線レー
ザーを発振させることができる。一方、従来の平板状タ
ーゲットを用いた場合には、この照射条件では上記のAE
Sは検出されなかった。この差は、明らかにターゲット
構造の相違により生じた結果である。すなわち、プラズ
マの自由膨張が促進され、より強い再結合状態が生じた
ためである。また、離散的配置を持つ第１のターゲット
表面から適度に後退した位置（凹部底）に第２のターゲ
ット表面が配置されているので、第１の離散的ターゲッ
ト面間の開口部を通ってくる励起レーザー光により第２
次のプラズマが生成される。このプラズマは、自由膨張
を押えられ、しかも、時間的に遅延して噴出し、ターゲ
ット最表面（凸部）に達した後に、自由膨張を始める。
このため、このプラズマは、ターゲット最表面（凸部）
から発生するプラズマより遅れて利得を生ずる。これを
利用することにより利得を長時間維持することもでき
る。FIG. 2 shows the recombination laser (particularly,
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a pattern in which oscillation of a soft X-ray laser wavelength range) is obtained. As shown in the figure, the Al target 17 is placed so as to be orthogonal to the stripes of the concave and convex portions with respect to the focus line of the excitation laser beam 12. The shape of the uneven portion is preferably about 0.2 to 1.5 mm. Specifically, the excitation laser was line-focused on a target having a convex portion of 1 mm and a concave portion of 1 mm in width, and spectral measurement in the soft X-ray wavelength region was performed at a position 0.2 to 1.5 mm away from the target surface. As a result, in the case of the target having the above uneven structure, AES (natural light amplification) of three soft X-ray spectra (13.5 nm, 14.0 nm, 14.5 nm) was observed at a distance of 0.2 mm from the target surface. Therefore, the soft X-ray laser can be oscillated by adjusting the optical axes of the resonators 18 and 18 'in the soft X-ray laser wavelength range as shown in FIG. On the other hand, when a conventional flat target is used, the above-mentioned AE
S was not detected. This difference is apparently the result of the difference in target structure. That is, the free expansion of the plasma was promoted, and a stronger recombination state occurred. In addition, since the second target surface is disposed at a position (the bottom of the concave portion) appropriately receded from the first target surface having the discrete arrangement, the second target surface comes through the opening between the first discrete target surfaces. Second by pump laser light
The next plasma is generated. This plasma is suppressed from free expansion, and is ejected with a time delay, and starts free expansion after reaching the outermost surface (convex portion) of the target.
For this reason, this plasma is applied to the outermost surface of the target (convex portion).
The gain occurs later than the plasma generated from. By utilizing this, the gain can be maintained for a long time.
ターゲットは、１回の励起用レーザー照射によって損
傷をうけるので各照射毎に新鮮な表面が必要となる。第
4A図および第4B図は、常に新鮮な照射面が得られるよう
に工夫した２種類のドラム形状のターゲット40a、40bを
示す概略図である。この２つのドラム状ターゲットは、
第３図の断面形状と同じになるように、第4A図では、外
周上に数本の溝41を形成し、第4B図は、励起レーザーの
フォーカスラインにそって複数の穴42を外周上に加工し
たものである。The target is damaged by a single excitation laser irradiation, so a fresh surface is required for each irradiation. No.
FIGS. 4A and 4B are schematic diagrams showing two types of drum-shaped targets 40a and 40b devised so as to always obtain a fresh irradiation surface. These two drum targets are
In FIG. 4A, several grooves 41 are formed on the outer periphery so as to have the same cross-sectional shape as in FIG. 3, and in FIG. 4B, a plurality of holes 42 are formed on the outer periphery along the focus line of the excitation laser. It has been processed into.
第１図は、本発明を実施するための装置全体の構成図、 第２図は、本発明のターゲットに励起レーザー光が照射
され、軟Ｘ線レーザーが発振される模様を示す概念図、 第３図は、本発明のプラズマ生成過程を示す概念図、 第4A図および第4B図は、本発明によるドラム形状ターゲ
ットの概略図である。 （符号の説明） 11……Nd−ガラスレーザー装置、12……励起用レーザー
光、13……半透鏡、14……載結合（軟Ｘ線）レーザー発
振装置、15……レーザーパワーモニター、16……シリン
ドリカルレンズ、17……ターゲット、31……ターゲット
凸部、32……第１のプラズマ、33……励起レーザー光、
34……ターゲット凸部、35……開口部、36……第２のプ
ラズマ。FIG. 1 is a schematic diagram of an entire apparatus for carrying out the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram showing a pattern in which a target of the present invention is irradiated with an excitation laser beam and a soft X-ray laser is oscillated, FIG. 3 is a conceptual diagram showing a plasma generation process of the present invention, and FIGS. 4A and 4B are schematic diagrams of a drum-shaped target according to the present invention. (Explanation of reference numerals) 11: Nd-glass laser device, 12: laser beam for excitation, 13: semi-transparent mirror, 14: laser beam oscillator (soft X-ray), 15: laser power monitor, 16 ... cylindrical lens, 17 ... target, 31 ... target convex part, 32 ... first plasma, 33 ... excitation laser light,
34... Target projection, 35... Opening, 36... Second plasma.
Claims (1)
カスされるターゲットにおいて、前記励起用レーザー光
がラインフォーカスされるターゲット表面に凹部と凸部
が形成されていることを特徴とするレーザー発振用ター
ゲット。1. A laser oscillation target wherein a pulse-like excitation laser beam is line-focused, wherein a concave portion and a projection portion are formed on a surface of the target where the excitation laser beam is line-focused. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7752089A JP2711562B2 (en) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | Laser oscillation target |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7752089A JP2711562B2 (en) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | Laser oscillation target |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02256285A JPH02256285A (en) | 1990-10-17 |
| JP2711562B2 true JP2711562B2 (en) | 1998-02-10 |
Family
ID=13636246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7752089A Expired - Fee Related JP2711562B2 (en) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | Laser oscillation target |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2711562B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101239765B1 (en) | 2011-02-09 | 2013-03-06 | 삼성전자주식회사 | X-ray generating apparatus and x-ray imaging system having the same |
-
1989
- 1989-03-29 JP JP7752089A patent/JP2711562B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02256285A (en) | 1990-10-17 |
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