JP2879343B2 - 再結合レーザー - Google Patents
再結合レーザーInfo
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- JP2879343B2 JP2879343B2 JP1077519A JP7751989A JP2879343B2 JP 2879343 B2 JP2879343 B2 JP 2879343B2 JP 1077519 A JP1077519 A JP 1077519A JP 7751989 A JP7751989 A JP 7751989A JP 2879343 B2 JP2879343 B2 JP 2879343B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S4/00—Devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in wave ranges other than those covered by groups H01S1/00, H01S3/00 or H01S5/00, e.g. phonon masers, X-ray lasers or gamma-ray lasers
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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（0.3nm＜λ＜30nm）のレー
ザー発振に好適な再結合レーザーに関する （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。
に係わり、特に、軟Ｘ線域（0.3nm＜λ＜30nm）のレー
ザー発振に好適な再結合レーザーに関する （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。
ここ数年、このような短波長の再結合レーザー、特に
軟Ｘ線域のレーザーの研究が急速に進展している。軟Ｘ
線レーザーを発振させるための励起法としては、電子衝
突法、再結合プラズマ法そして光励起法がある。なかで
も再結合プラズマ法は他の方法に比べて得られるレーザ
ー波長が短くなるほど、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、レーザー核融合等に使われてい
るような超高出力レーザーシステムが使用されている
が、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。
軟Ｘ線域のレーザーの研究が急速に進展している。軟Ｘ
線レーザーを発振させるための励起法としては、電子衝
突法、再結合プラズマ法そして光励起法がある。なかで
も再結合プラズマ法は他の方法に比べて得られるレーザ
ー波長が短くなるほど、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、レーザー核融合等に使われてい
るような超高出力レーザーシステムが使用されている
が、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。
既に、フランスパリ大学において、アルミニウム（A
l）の固体ターゲット上に高出力Nd−ガラスレーザー光
を100μｍ幅の線状に集光し、Al10+イオン（λ＝105.7
A）の利得を観測したことが報告されている〔P.Jaegle,
Aarillon:Europhys.Lett.,1（11）,pp.555−562（198
6）〕。この時使用された励起用レーザーの運転条件は
パルス幅2.5ns、エネルギー65Jに達するものであった。
l）の固体ターゲット上に高出力Nd−ガラスレーザー光
を100μｍ幅の線状に集光し、Al10+イオン（λ＝105.7
A）の利得を観測したことが報告されている〔P.Jaegle,
Aarillon:Europhys.Lett.,1（11）,pp.555−562（198
6）〕。この時使用された励起用レーザーの運転条件は
パルス幅2.5ns、エネルギー65Jに達するものであった。
（発明が解決しようとする課題） 以上のように、従来の軟Ｘ線域における利得の発生法
では、必要な励起用レーザーのエネルギーが大きいた
め、軟Ｘ線レーザー装置が巨大かつ高価になり、実用的
ではなかった。実用的な軟Ｘ線域の再結合レーザーを達
成するための必要条件は、充分な多価イオンを生成する
ことの他に、次のものを挙げることができる。
では、必要な励起用レーザーのエネルギーが大きいた
め、軟Ｘ線レーザー装置が巨大かつ高価になり、実用的
ではなかった。実用的な軟Ｘ線域の再結合レーザーを達
成するための必要条件は、充分な多価イオンを生成する
ことの他に、次のものを挙げることができる。
利得を発生する領域ではプラズマの密度勾配が緩やか
であること。
であること。
プラズマ中の電子を効果的に冷却すること。
ターゲットとしては、運転の繰り返し率を上げられる
固体状の物を使用すること。
固体状の物を使用すること。
励起用レーザー装置が小型であること。
特に、上記条件のうちが満たされないと、Ｘ線光は
強く屈折を起こすため大きな利得があってもレーザー作
用が期待できない。従って、強力なレーザー作用を起こ
すためには少なくとも直径200μｍ程度の円形断面の領
域が均一な密度分布を持っていることが必要である。従
来の軟Ｘ線レーザーの実験では、利得の発生がほとんど
全てプラズマの生成位置を含むその近傍においてのみ達
成されてきた。このためファイバー状のターゲットを使
用した場合〔W.T.Silfvast,etc.:Appl.Phys.Lett.,vol.
34（３）,Feb（1979）〕を除いて励起用レーザー光の集
光の線幅については注目されずに、常に、100μｍ程度
で行われてきた。つまり、これより細い線幅のレーザー
光を用いた実験では均一な密度分布のプラズマを得るに
は不利であると考えられてきた。従来の方法ではプラズ
マの生成領域が大きいため、断熱膨張によるプラズマの
冷却はあまり効果的でなく、従って、利得の発生に大き
なエネルギーを持つレーザー装置を必要としていた。
強く屈折を起こすため大きな利得があってもレーザー作
用が期待できない。従って、強力なレーザー作用を起こ
すためには少なくとも直径200μｍ程度の円形断面の領
域が均一な密度分布を持っていることが必要である。従
来の軟Ｘ線レーザーの実験では、利得の発生がほとんど
全てプラズマの生成位置を含むその近傍においてのみ達
成されてきた。このためファイバー状のターゲットを使
用した場合〔W.T.Silfvast,etc.:Appl.Phys.Lett.,vol.
34（３）,Feb（1979）〕を除いて励起用レーザー光の集
光の線幅については注目されずに、常に、100μｍ程度
で行われてきた。つまり、これより細い線幅のレーザー
光を用いた実験では均一な密度分布のプラズマを得るに
は不利であると考えられてきた。従来の方法ではプラズ
マの生成領域が大きいため、断熱膨張によるプラズマの
冷却はあまり効果的でなく、従って、利得の発生に大き
なエネルギーを持つレーザー装置を必要としていた。
本発明は、再結合レーザー発振の高効率化を進め、特
に、高出力の軟Ｘ線レーザー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。
に、高出力の軟Ｘ線レーザー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。
（課題を解決するための手段） 上記の課題は、固定ターゲット表面にレーザー光を照
射して生成される固体材質のプラズマを利用した再結合
プラズマレーザーにおいて、前記固体ターゲット表面に
線状に集光されるレーザー光の線幅を50μｍ以下にする
ことによって達成される。
射して生成される固体材質のプラズマを利用した再結合
プラズマレーザーにおいて、前記固体ターゲット表面に
線状に集光されるレーザー光の線幅を50μｍ以下にする
ことによって達成される。
（作用） 固体ターゲット表面にレーザー光を照射して生成され
る固体材質のプラズマを利用した再結合プラズマレーザ
ーにおいて、固体ターゲット表面に集光されるレーザー
光の線幅を50μｍ以下と細くすることによって、プラズ
マの断熱膨張時の膨張比を大きくすることができ、プラ
ズマの冷却を促進することができる。また、膨張する距
離を大きくするとプラズマ密度の勾配が緩やかになるた
め、ターゲットから比較的離れた場所では軟Ｘ線の屈折
はほとんど起きない。このため、プラズマ冷却の促進に
より利得発生の効率が大幅に改善され、格段に少ないエ
ネルギーの励起レーザー光で軟Ｘ線域のレーザー発振作
用が得られる。
る固体材質のプラズマを利用した再結合プラズマレーザ
ーにおいて、固体ターゲット表面に集光されるレーザー
光の線幅を50μｍ以下と細くすることによって、プラズ
マの断熱膨張時の膨張比を大きくすることができ、プラ
ズマの冷却を促進することができる。また、膨張する距
離を大きくするとプラズマ密度の勾配が緩やかになるた
め、ターゲットから比較的離れた場所では軟Ｘ線の屈折
はほとんど起きない。このため、プラズマ冷却の促進に
より利得発生の効率が大幅に改善され、格段に少ないエ
ネルギーの励起レーザー光で軟Ｘ線域のレーザー発振作
用が得られる。
（発明の効果） 本発明により、上述した実用化するための条件の、利
得発生領域ではプラズマの密度勾配が緩やかであるこ
と、プラズマ中の電子を効果的に冷却すること等の全て
を満たすことができるので実用的な軟Ｘ線再結合レーザ
ーが初めて達成された。本実施例では、固体平面ターゲ
ットを用いて0.2ppm以上の繰り返し率で実際に運転する
ことができた。
得発生領域ではプラズマの密度勾配が緩やかであるこ
と、プラズマ中の電子を効果的に冷却すること等の全て
を満たすことができるので実用的な軟Ｘ線再結合レーザ
ーが初めて達成された。本実施例では、固体平面ターゲ
ットを用いて0.2ppm以上の繰り返し率で実際に運転する
ことができた。
このように、本発明により軟Ｘ線レーザーの励起レー
ザーエネルギーを従来より大幅に少なくできるため、小
型の軟Ｘ線レーザー装置を実現することができる。
ザーエネルギーを従来より大幅に少なくできるため、小
型の軟Ｘ線レーザー装置を実現することができる。
（実施例） 以下に本発明の実施例について詳細に説明する。
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13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
の線幅のをもつようなラインフォーカスとして集光させ
る。
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13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
の線幅のをもつようなラインフォーカスとして集光させ
る。
Alスラブターゲット上にNd−ガラスレーザー光（1.05
3μm,5ns）を線幅50μｍ以下、長さ12mmの線上に集光
し、Li様Alイオン（Al10+）の線スペクトル（λ＝105.7
A,154A）の振舞いを平面結合型斜入射分光写真器により
調べた。第２図は、プラズマの長さに対するスペクトル
線強度曲線図である。シリンドリカルレンズから固体タ
ーゲット表面に線状に集光される。励起レーザー光の線
の長さは、最大で12mmである。線幅を50μｍ以下に固定
した励起レーザー光の長さを、シリンドリカルレンズと
ターゲットの間に設けた遮蔽枚で3,6,9,12mmとして励起
レーザーの線状照射に直交する方向から平面結合型斜入
射分光写真器で測定した結果である。同図中のＡは、励
起レーザー長さが3mmにおけるスペクトルであり、Ｂは
励起レーザー長さが12mmにおけるスペクトルである。そ
の結果、レーザーエネルギーが6Jの時、ターゲットから
0.8〜1mm離れた位置において自然光の増幅が観測され
た。その利得は利得・利得長の積（ｇ・ｌ）にして共に
1cm当り２〜４と評価された。これは時間的に平均され
た値である。パリ大学の実験では時間平均利得は０であ
ったが、ストリークカメラにより時間分解することによ
ってピーク値ｇ・ｌ＝２を観測している。本実施例の場
合でも時間分解すればさらに大きなｇ・ｌ値を期待でき
る。しかも、上記の利得がパリ大学の場合よりも励起レ
ーザーの入力パワーにおいて約20倍以上の高効率で得ら
れていることは注目に値する。励起レーザーエネルギー
を20Jと増加させるとかえって利得が無くなる。これは
励起レーザーエネルギーの増加と共にプラズマ膨張速度
が速くなり、ターゲットから1mm離れたところでも長い
パルス幅のレーザー光による加熱のためにプラズマの冷
却が十分に行われなくなるためと考えられる。
3μm,5ns）を線幅50μｍ以下、長さ12mmの線上に集光
し、Li様Alイオン（Al10+）の線スペクトル（λ＝105.7
A,154A）の振舞いを平面結合型斜入射分光写真器により
調べた。第２図は、プラズマの長さに対するスペクトル
線強度曲線図である。シリンドリカルレンズから固体タ
ーゲット表面に線状に集光される。励起レーザー光の線
の長さは、最大で12mmである。線幅を50μｍ以下に固定
した励起レーザー光の長さを、シリンドリカルレンズと
ターゲットの間に設けた遮蔽枚で3,6,9,12mmとして励起
レーザーの線状照射に直交する方向から平面結合型斜入
射分光写真器で測定した結果である。同図中のＡは、励
起レーザー長さが3mmにおけるスペクトルであり、Ｂは
励起レーザー長さが12mmにおけるスペクトルである。そ
の結果、レーザーエネルギーが6Jの時、ターゲットから
0.8〜1mm離れた位置において自然光の増幅が観測され
た。その利得は利得・利得長の積（ｇ・ｌ）にして共に
1cm当り２〜４と評価された。これは時間的に平均され
た値である。パリ大学の実験では時間平均利得は０であ
ったが、ストリークカメラにより時間分解することによ
ってピーク値ｇ・ｌ＝２を観測している。本実施例の場
合でも時間分解すればさらに大きなｇ・ｌ値を期待でき
る。しかも、上記の利得がパリ大学の場合よりも励起レ
ーザーの入力パワーにおいて約20倍以上の高効率で得ら
れていることは注目に値する。励起レーザーエネルギー
を20Jと増加させるとかえって利得が無くなる。これは
励起レーザーエネルギーの増加と共にプラズマ膨張速度
が速くなり、ターゲットから1mm離れたところでも長い
パルス幅のレーザー光による加熱のためにプラズマの冷
却が十分に行われなくなるためと考えられる。
本発明に用いた固体ターゲットは、表面が平面のもの
を用いたが、本発明者等が各種表面形状のターゲットを
用いて実験したところ、励起レーザー光が線状照射され
るターゲットの表面に凹部と凸部を離散的に形成した形
状のターゲットを使用すると更に高効率のレーザー発振
が可能である。また、本発明のターゲットの材質につい
ては、単一元素あるいは化合物の層から成るものが使用
でき、更に、２種以上の化合物の層から成る多層膜でも
可能である。
を用いたが、本発明者等が各種表面形状のターゲットを
用いて実験したところ、励起レーザー光が線状照射され
るターゲットの表面に凹部と凸部を離散的に形成した形
状のターゲットを使用すると更に高効率のレーザー発振
が可能である。また、本発明のターゲットの材質につい
ては、単一元素あるいは化合物の層から成るものが使用
でき、更に、２種以上の化合物の層から成る多層膜でも
可能である。
第１図は、本発明を実施するための装置の構成を示す概
念図、 第２図は、本発明の実施例に基づくプラズマの長さに対
するAl10+イオンのスペクトル線強度変化を示す図であ
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……再結合（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。
念図、 第２図は、本発明の実施例に基づくプラズマの長さに対
するAl10+イオンのスペクトル線強度変化を示す図であ
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……再結合（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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−181484（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−184598（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/094 H01S 4/00
Claims (1)
- 【請求項１】固体ターゲット表面にレーザー光を照射し
て生成される固体材質のプラズマを利用した再結合プラ
ズマレーザーにおいて、前記固体ターゲット表面に線状
に集光されたレーザー光の線幅が50μｍ以下であり、前
記集光されたレーザー光の線の長さが3mm以上であるこ
とを特徴とする再結合レーザー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1077519A JP2879343B2 (ja) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | 再結合レーザー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1077519A JP2879343B2 (ja) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | 再結合レーザー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02256284A JPH02256284A (ja) | 1990-10-17 |
| JP2879343B2 true JP2879343B2 (ja) | 1999-04-05 |
Family
ID=13636218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1077519A Expired - Lifetime JP2879343B2 (ja) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | 再結合レーザー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2879343B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4704718A (en) * | 1985-11-01 | 1987-11-03 | Princeton University | Apparatus and method for generating soft X-ray lasing action in a confined plasma column through the use of a picosecond laser |
| JPS63184598U (ja) * | 1987-05-20 | 1988-11-28 |
-
1989
- 1989-03-29 JP JP1077519A patent/JP2879343B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02256284A (ja) | 1990-10-17 |
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