JP3333495B2 - 高次高調波発生・分光システム - Google Patents
高次高調波発生・分光システムInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超短パルス極端紫
外・真空紫外レーザー分光システムに係り、特に、高次
高調波発生・分光システムに関するものである。
外・真空紫外レーザー分光システムに係り、特に、高次
高調波発生・分光システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、極端紫外・真空紫外領域における
分子分光は、これまで、放射光施設を利用して、その吸
収スペクトルや発光をモニターすることによる励起スペ
クトルの観測という形で行われてきた。
分子分光は、これまで、放射光施設を利用して、その吸
収スペクトルや発光をモニターすることによる励起スペ
クトルの観測という形で行われてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特定の
次数の高次高調波だけを取り出すことができないため
に、超短パルスという性質を生かした分光実験が行えな
かった。
次数の高次高調波だけを取り出すことができないため
に、超短パルスという性質を生かした分光実験が行えな
かった。
【０００４】そこで、特定の超短パルス高次高調波を取
り出せなかった理由について説明する。
り出せなかった理由について説明する。
【０００５】特定の次数を取り出すための簡単な手法
は、回折格子を用いることである。しかし、回折格子を
用いたとたんに、異なる波長が異なる光路差を持つため
に、パルス幅が広がり、通常、１０ｐｓ程度にまで（約
１００倍）広がってしまう。
は、回折格子を用いることである。しかし、回折格子を
用いたとたんに、異なる波長が異なる光路差を持つため
に、パルス幅が広がり、通常、１０ｐｓ程度にまで（約
１００倍）広がってしまう。
【０００６】また、金属薄膜フィルターを用いて、大ま
かに波長を選択することは可能であるが、単一の高調波
だけを取り出すことは不可能である。
かに波長を選択することは可能であるが、単一の高調波
だけを取り出すことは不可能である。
【０００７】したがって、極端な時間幅の広がりを伴う
ことなく、特定の高次高調波を選別する方法は以下の方
法を除いては知られていなかった。つまり、極端な時間
幅の広がりを伴うことなく特定の高次高調波を選別する
唯一の方法としては、フレネルゾーン法と呼ばれる方法
がある。これは、フレネルゾーンプレート（ＦＺＰ）と
呼ばれる光素子（金属薄膜に同心円状の形状のエッチン
グを施したもの）を用いる方法である。その特徴は、光
のもともとの軸をずらすことなく、異なる次数の光の集
光点を直線上の異なる場所とすることができることにあ
る。ＦＺＰの直径が小さい場合には、光パルス幅の広が
りを２００ｆｓ程度に抑えることができる。
ことなく、特定の高次高調波を選別する方法は以下の方
法を除いては知られていなかった。つまり、極端な時間
幅の広がりを伴うことなく特定の高次高調波を選別する
唯一の方法としては、フレネルゾーン法と呼ばれる方法
がある。これは、フレネルゾーンプレート（ＦＺＰ）と
呼ばれる光素子（金属薄膜に同心円状の形状のエッチン
グを施したもの）を用いる方法である。その特徴は、光
のもともとの軸をずらすことなく、異なる次数の光の集
光点を直線上の異なる場所とすることができることにあ
る。ＦＺＰの直径が小さい場合には、光パルス幅の広が
りを２００ｆｓ程度に抑えることができる。
【０００８】その特徴のために、原理的には、このＦＺ
Ｐを光軸状で前後に可動に設置すれば、後段のＴＯＦ型
質量選別装置のイオン発生中心部に、望みの次数の光を
パルス時間幅をほぼ維持しながら集光することができ、
得られたイオンシグナルは、その特定の次数の光を原子
または分子が生成したことによって生成したもののみと
なる。
Ｐを光軸状で前後に可動に設置すれば、後段のＴＯＦ型
質量選別装置のイオン発生中心部に、望みの次数の光を
パルス時間幅をほぼ維持しながら集光することができ、
得られたイオンシグナルは、その特定の次数の光を原子
または分子が生成したことによって生成したもののみと
なる。
【０００９】しかしながら、高次高調波の発生のために
は、レーザー光強度を大きくする必要があり、ＦＺＰの
半径を工作技術上大きくできないことを考えると、極め
て小さいＦＺＰに強度の大きいレーザーパルスを通過さ
せることになる。そして、真空に保持した金属薄膜であ
るＦＺＰは多くの場合、レーザー照射によってスパッタ
を起こし、消失する可能性が高く、超短パルスレーザー
光によって生成される高次高調波の生成には使うことが
できない。
は、レーザー光強度を大きくする必要があり、ＦＺＰの
半径を工作技術上大きくできないことを考えると、極め
て小さいＦＺＰに強度の大きいレーザーパルスを通過さ
せることになる。そして、真空に保持した金属薄膜であ
るＦＺＰは多くの場合、レーザー照射によってスパッタ
を起こし、消失する可能性が高く、超短パルスレーザー
光によって生成される高次高調波の生成には使うことが
できない。
【００１０】本発明は、上記状況に鑑みて、特定の次数
の高次高調波だけを取り出し、パルスレーザー光によっ
て発生する極端紫外光による分光計測を可能にする高次
高調波発生・分光システムを提供することを目的とす
る。
の高次高調波だけを取り出し、パルスレーザー光によっ
て発生する極端紫外光による分光計測を可能にする高次
高調波発生・分光システムを提供することを目的とす
る。
【００１１】
【発明を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕高次高調波発生・分光システムにおいて、入射す
る超短パルスレーザー光の高次高調波のうち、極端紫外
・真空紫外領域のものについて、それらを集光し、原子
・分子系に作用させることによって、発生するイオンを
検出するとともに、発生している高次高調波を分光する
ことによって、どの高次高調波がどれだけの強度で発生
しているかを同時に計測するとともに、前記入射する超
短パルスレーザー光の強度を変化させ、得られるイオン
シグナルと発生している高次高調波強度との相関関係か
ら、特定の波長で起こった現象の同定を可能にすること
を特徴とする。
成するために、 〔１〕高次高調波発生・分光システムにおいて、入射す
る超短パルスレーザー光の高次高調波のうち、極端紫外
・真空紫外領域のものについて、それらを集光し、原子
・分子系に作用させることによって、発生するイオンを
検出するとともに、発生している高次高調波を分光する
ことによって、どの高次高調波がどれだけの強度で発生
しているかを同時に計測するとともに、前記入射する超
短パルスレーザー光の強度を変化させ、得られるイオン
シグナルと発生している高次高調波強度との相関関係か
ら、特定の波長で起こった現象の同定を可能にすること
を特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００１３】図１は本発明の第１実施例を示す高次高調
波発生・分光システムの概略構成図である。この実施例
では、極端紫外・真空紫外領域は波長４０〜２００ｎｍ
に対応できる。因みに、大まかに言えば、１００〜２０
０ｎｍが真空紫外、５〜１００ｎｍが極端紫外に分類で
きる。
波発生・分光システムの概略構成図である。この実施例
では、極端紫外・真空紫外領域は波長４０〜２００ｎｍ
に対応できる。因みに、大まかに言えば、１００〜２０
０ｎｍが真空紫外、５〜１００ｎｍが極端紫外に分類で
きる。
【００１４】この図において、１は１００ｆｓ，８００
ｎｍの超短パルスが導入され、封入されたアルゴン（Ａ
ｒ）ガスと作用する高次高調波生成部、２は凹面回折光
子２−１が設けられる瀬谷−波岡型分光器、３は円筒ミ
ラー３−１が配置される集光部、４は飛行時間型質量分
析器である。
ｎｍの超短パルスが導入され、封入されたアルゴン（Ａ
ｒ）ガスと作用する高次高調波生成部、２は凹面回折光
子２−１が設けられる瀬谷−波岡型分光器、３は円筒ミ
ラー３−１が配置される集光部、４は飛行時間型質量分
析器である。
【００１５】このシステムにおいて、高次高調波生成部
１により得られる入射する超短パルスレーザー光の高次
高調波のうち、極端紫外・真空紫外領域のものについ
て、瀬谷−波岡型分光器２と集光部３でそれらを集光
し、飛行時間型質量分析器４で原子・分子系に作用させ
ることによって、発生するイオンを検出するとともに、
発生している高次高調波を分光することによって、どの
高次高調波がどれだけの強度で発生しているかを同時に
計測する。
１により得られる入射する超短パルスレーザー光の高次
高調波のうち、極端紫外・真空紫外領域のものについ
て、瀬谷−波岡型分光器２と集光部３でそれらを集光
し、飛行時間型質量分析器４で原子・分子系に作用させ
ることによって、発生するイオンを検出するとともに、
発生している高次高調波を分光することによって、どの
高次高調波がどれだけの強度で発生しているかを同時に
計測する。
【００１６】ここで、凹面回折光子２−１は、波長１２
０〜２００ｎｍでＡｌ−ＭｇＦ2 の場合、ブレーズは１
５０ｎｍ、波長４０〜１２０ｎｍでＰｔの場合、ブレー
ズは７０ｎｍである。
０〜２００ｎｍでＡｌ−ＭｇＦ2 の場合、ブレーズは１
５０ｎｍ、波長４０〜１２０ｎｍでＰｔの場合、ブレー
ズは７０ｎｍである。
【００１７】また、円筒ミラー３−１は、波長１２０〜
２００ｎｍでＡｌ−ＭｇＦ2 、波長４０〜１２０ｎｍで
ＳｉＣを用いる。
２００ｎｍでＡｌ−ＭｇＦ2 、波長４０〜１２０ｎｍで
ＳｉＣを用いる。
【００１８】なお、Ａｌ−ＭｇＦ2 の反射率は略８０％
（ただし、波長１２０ｎｍ以下）、ＳｉＣの反射率は略
５０％（ただし、波長６０ｎｍ以下）である。
（ただし、波長１２０ｎｍ以下）、ＳｉＣの反射率は略
５０％（ただし、波長６０ｎｍ以下）である。
【００１９】このような高次高調波発生・分光システム
によれば、１０ピコ秒のパルス幅を持つ出力を得ること
ができる。
によれば、１０ピコ秒のパルス幅を持つ出力を得ること
ができる。
【００２０】図２は本発明の第２実施例を示す高次高調
波発生・分光システムの概略構成図である。この実施例
でも、極端紫外・真空紫外領域は波長４０〜２００ｎｍ
に対応できる。
波発生・分光システムの概略構成図である。この実施例
でも、極端紫外・真空紫外領域は波長４０〜２００ｎｍ
に対応できる。
【００２１】この図において、１は１００ｆｓ，８００
ｎｍの超短パルスが導入され、封入されたＡｒガスと作
用する高次高調波生成部、５はトロイダルミラー５−１
（金コート）とＸＵＶ（極端紫外）ビームスプリッター
５−２と金属薄膜フィルター５−３を有する集光・波長
選別部、６は飛行時間型質量分析器、７は凹面回折光子
７−１とＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）７−２
が設けられる瀬谷−波岡型分光器である。
ｎｍの超短パルスが導入され、封入されたＡｒガスと作
用する高次高調波生成部、５はトロイダルミラー５−１
（金コート）とＸＵＶ（極端紫外）ビームスプリッター
５−２と金属薄膜フィルター５−３を有する集光・波長
選別部、６は飛行時間型質量分析器、７は凹面回折光子
７−１とＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）７−２
が設けられる瀬谷−波岡型分光器である。
【００２２】ここで、トロイダルミラー５−１において
は、反射率は略１５％（ただし、ＸＵＶの場合）、又は
略９０％（ただし、波長８００ｎｍの場合）である。
は、反射率は略１５％（ただし、ＸＵＶの場合）、又は
略９０％（ただし、波長８００ｎｍの場合）である。
【００２３】また、ＸＵＶビームスプリッター５−２に
おいては、反射率は１％以下（ただし、波長８００ｎｍ
の場合）、又は略３０％（ただし、ＸＵＶの場合）であ
る。
おいては、反射率は１％以下（ただし、波長８００ｎｍ
の場合）、又は略３０％（ただし、ＸＵＶの場合）であ
る。
【００２４】金属薄膜フィルター５−３を用いることに
より、波長の選別が可能である。例えば、Ｉｎフィルタ
ーの場合は９次高調波（８９ｎｍ）、Ｓｎフィルターの
場合は１１次高調波（７３ｎｍ）、１３次高調波（６２
ｎｍ）、１５次高調波（５３ｎｍ）の波長を選択するこ
とができる。
より、波長の選別が可能である。例えば、Ｉｎフィルタ
ーの場合は９次高調波（８９ｎｍ）、Ｓｎフィルターの
場合は１１次高調波（７３ｎｍ）、１３次高調波（６２
ｎｍ）、１５次高調波（５３ｎｍ）の波長を選択するこ
とができる。
【００２５】このようなシステムによれば、１００ｆｓ
の光パルスを用いた場合には、２００ｆｓ程度のパルス
幅となる。
の光パルスを用いた場合には、２００ｆｓ程度のパルス
幅となる。
【００２６】図３は本発明の第３実施例を示す高次高調
波発生・分光システムの概略構成図である。この実施例
では、極端紫外領域は波長５〜４０ｎｍに対応できる。
波発生・分光システムの概略構成図である。この実施例
では、極端紫外領域は波長５〜４０ｎｍに対応できる。
【００２７】この図において、Ａは１００ｆｓ，８００
ｎｍの超短パルスが導入され、封入されたＡｒガスと作
用する高次高調波生成部、ＢはトロイダルミラーＢ−１
とＸＵＶ（極端紫外）ビームスプリッターＢ−２と金属
薄膜フィルターＢ−３を有する集光・波長選別部、Ｃは
飛行時間型質量分析器、Ｄは凹面回折光子４１と蛍光ス
クリーン付検出部４２とＣＣＤカメラ４３が設けられる
斜入射分光器である。
ｎｍの超短パルスが導入され、封入されたＡｒガスと作
用する高次高調波生成部、ＢはトロイダルミラーＢ−１
とＸＵＶ（極端紫外）ビームスプリッターＢ−２と金属
薄膜フィルターＢ−３を有する集光・波長選別部、Ｃは
飛行時間型質量分析器、Ｄは凹面回折光子４１と蛍光ス
クリーン付検出部４２とＣＣＤカメラ４３が設けられる
斜入射分光器である。
【００２８】ここで、金属薄膜フィルターＢ−３はボロ
ンであり、略４０ｎｍ以下を透過する。斜入射分光器Ｄ
は不等間隔格子溝を有する凹面回折光子４１により非点
収差の除去を行う。また、空間分解能を有する検出器と
しての蛍光スクリーン付検出部４２を有しており、スペ
クトルの平面結像と多波長スペクトルの同時計測を行う
ことができる。
ンであり、略４０ｎｍ以下を透過する。斜入射分光器Ｄ
は不等間隔格子溝を有する凹面回折光子４１により非点
収差の除去を行う。また、空間分解能を有する検出器と
しての蛍光スクリーン付検出部４２を有しており、スペ
クトルの平面結像と多波長スペクトルの同時計測を行う
ことができる。
【００２９】図４は本発明の第３実施例の高次高調波発
生・分光システム（超短パルス極端紫外レーザー分光シ
ステム）の具体例を示す図である。
生・分光システム（超短パルス極端紫外レーザー分光シ
ステム）の具体例を示す図である。
【００３０】この図に示すように、この超短パルス極端
紫外レーザー分光システムは、大きく分けて、高次高調
波生成部（極端紫外光発生装置）Ａと、集光・波長選別
部（極端紫外光集光部）Ｂ、飛行時間型質量分析器（イ
オン発生検出部）Ｃ、斜入射分光器（極端紫外分光部及
び位置敏感検出部）Ｄの部分から構成されている。
紫外レーザー分光システムは、大きく分けて、高次高調
波生成部（極端紫外光発生装置）Ａと、集光・波長選別
部（極端紫外光集光部）Ｂ、飛行時間型質量分析器（イ
オン発生検出部）Ｃ、斜入射分光器（極端紫外分光部及
び位置敏感検出部）Ｄの部分から構成されている。
【００３１】以下、それらの部分について順次説明す
る。
る。
【００３２】 （ｉ）高次高調波生成部（極端紫外光発生装置） 高次高調波生成部Ａとしては極端紫外光発生装置（高次
高調波発生装置）１０が配置される。
高調波発生装置）１０が配置される。
【００３３】この高次高調波生成装置１０は、希ガス
（アルゴンやヘリウムガス）などのパルスジェット１１
中に超短パルスレーザー光１２（波長：近赤外域から紫
外域、多くの場合、約８００ｎｍまたは約４００ｎｍ）
をレンズ１３で集光し、高次高調波を発生させる。この
際、高次高調波は次数として３次、５次、７次、９次と
いうように奇数次数のものが発生する。このような高次
高調波の発生そのものは、良く知られたものである。
（アルゴンやヘリウムガス）などのパルスジェット１１
中に超短パルスレーザー光１２（波長：近赤外域から紫
外域、多くの場合、約８００ｎｍまたは約４００ｎｍ）
をレンズ１３で集光し、高次高調波を発生させる。この
際、高次高調波は次数として３次、５次、７次、９次と
いうように奇数次数のものが発生する。このような高次
高調波の発生そのものは、良く知られたものである。
【００３４】 （ii）集光・波長選別部（極端紫外光集光部） 集光・波長選別部２０は、極端紫外光発生装置１０によ
って発生した超短パルス高次高調波を集光する。このよ
うな短波長の光を集光する方法は、よく知られており、
入射角を斜めにし、トロイダルミラー２１を用いるのが
普通である。この場合、パルス幅の広がりも抑えること
ができ、１００ｆｓの光パルスを用いた場合には、２０
０ｆｓ程度のパルス幅となる。
って発生した超短パルス高次高調波を集光する。このよ
うな短波長の光を集光する方法は、よく知られており、
入射角を斜めにし、トロイダルミラー２１を用いるのが
普通である。この場合、パルス幅の広がりも抑えること
ができ、１００ｆｓの光パルスを用いた場合には、２０
０ｆｓ程度のパルス幅となる。
【００３５】なお、この部分には、特定の波長が通りや
すい金属薄膜フィルター２２を用意することによって、
おおまかに波長を選別することができる。
すい金属薄膜フィルター２２を用意することによって、
おおまかに波長を選別することができる。
【００３６】 （iii)飛行時間型質量分析器（イオン発生検出部） 集光・波長選別部２０で集光した光は、飛行時間型質量
分析装置３０のイオン引き出し部３１に焦点を持つ。こ
こでは、原子、分子、及びクラスター系と極端紫外レー
ザーパルスが相互作用し、イオンが生成される。そし
て、質量選別が行われ、イオン種の同定が可能となる。
分析装置３０のイオン引き出し部３１に焦点を持つ。こ
こでは、原子、分子、及びクラスター系と極端紫外レー
ザーパルスが相互作用し、イオンが生成される。そし
て、質量選別が行われ、イオン種の同定が可能となる。
【００３７】（iv）斜入射分光器 飛行時間型質量分析装置３０で集光された高次高調波
は、その後、極端紫外分光装置４０に導かれる。この斜
入射分光器（極端紫外分光装置）４０では、フラットフ
ィールド型と呼ばれる不等間隔格子溝を有する凹面回折
光子４１を用い、スペクトルの結像が平面上に並ぶため
に、平面検出部を持つ蛍光スクリーン付検出部４２によ
って広い波長範囲のスペクトルを一度に観測することが
可能となる。すなわち、分散された光をマイクロチャン
ネルプレートによって受光し、発生する光電子を増幅し
フォスファースクリーンにて可視光へと変換し、真空装
置の外に導く。そして、ＣＣＤカメラ４３によって位置
を敏感に検出し、スペクトルへと変換する。なお、４４
はＣＣＤカメラ４３に接続されるデータ分析装置であ
る。
は、その後、極端紫外分光装置４０に導かれる。この斜
入射分光器（極端紫外分光装置）４０では、フラットフ
ィールド型と呼ばれる不等間隔格子溝を有する凹面回折
光子４１を用い、スペクトルの結像が平面上に並ぶため
に、平面検出部を持つ蛍光スクリーン付検出部４２によ
って広い波長範囲のスペクトルを一度に観測することが
可能となる。すなわち、分散された光をマイクロチャン
ネルプレートによって受光し、発生する光電子を増幅し
フォスファースクリーンにて可視光へと変換し、真空装
置の外に導く。そして、ＣＣＤカメラ４３によって位置
を敏感に検出し、スペクトルへと変換する。なお、４４
はＣＣＤカメラ４３に接続されるデータ分析装置であ
る。
【００３８】なお、本発明の超短パルス極端紫外・真空
紫外レーザー分光システムは、超短パルスレーザー光
（パルス幅１００ｆｓ程度）によって発生する極端紫外
・真空紫外光による分光の本質的な問題を解決してい
る。つまり、特定の次数の高次高調波だけを取り出すこ
とができないために、超短パルスという性質を生かした
分光実験が行えなかったのを可能にした点にある。
紫外レーザー分光システムは、超短パルスレーザー光
（パルス幅１００ｆｓ程度）によって発生する極端紫外
・真空紫外光による分光の本質的な問題を解決してい
る。つまり、特定の次数の高次高調波だけを取り出すこ
とができないために、超短パルスという性質を生かした
分光実験が行えなかったのを可能にした点にある。
【００３９】本発明の超短パルス極端紫外・真空紫外レ
ーザー分光システムでは、大まかに金属薄膜フィルター
２２で数個の次数の高次高調波を選別した後、それらを
それ以上分けずに集光する。この時点では、どの次数の
高次高調波のために特定のイオンが生成したかは不確定
である。しかし、その後に斜入射分光器４０に導入し、
波長を選別してその高次高調波の強度分布を常にモニタ
ーする。
ーザー分光システムでは、大まかに金属薄膜フィルター
２２で数個の次数の高次高調波を選別した後、それらを
それ以上分けずに集光する。この時点では、どの次数の
高次高調波のために特定のイオンが生成したかは不確定
である。しかし、その後に斜入射分光器４０に導入し、
波長を選別してその高次高調波の強度分布を常にモニタ
ーする。
【００４０】そこで、導入する超短パルスレーザー光の
強度を変化させ、イオン生成に用いられた高次高調波の
強度分布を変化させる。その変化に追随するイオンシグ
ナルを追跡することによって、すなわち、それぞれの次
数の高次高調波の強度分布と生成するイオンシグナルと
の相関関係から、どの高次高調波がそのイオンを生成さ
せたのかを同定することができる。
強度を変化させ、イオン生成に用いられた高次高調波の
強度分布を変化させる。その変化に追随するイオンシグ
ナルを追跡することによって、すなわち、それぞれの次
数の高次高調波の強度分布と生成するイオンシグナルと
の相関関係から、どの高次高調波がそのイオンを生成さ
せたのかを同定することができる。
【００４１】もちろん、特定のイオンが異なる高次高調
波によって生成することも有り得るが、その場合は、生
成する他のイオンとの相関を見るなど、連立方程式を解
くことによってそれぞれの高次高調波の寄与を定量的に
決定することが可能である。
波によって生成することも有り得るが、その場合は、生
成する他のイオンとの相関を見るなど、連立方程式を解
くことによってそれぞれの高次高調波の寄与を定量的に
決定することが可能である。
【００４２】また、原子・分子系を相互作用した後の光
を分光するため、波長の違いによる吸収強度を同時に計
測することができる。これも、それぞれの高次高調波が
どのイオンの生成に関与したかを知る上で役立つ。
を分光するため、波長の違いによる吸収強度を同時に計
測することができる。これも、それぞれの高次高調波が
どのイオンの生成に関与したかを知る上で役立つ。
【００４３】さらに、本発明の超短パルス極端紫外・真
空紫外レーザー分光システムを用いることによって、こ
の発生した光と別の超短パルス光との間の同期をとるこ
とができるため、ポンプ−プローブ実験も可能となり、
極端紫外・真空紫外光領域でのフェムト秒領域でのポン
プ−プローブ実験に初めて具体的な可能性を与えること
ができる。
空紫外レーザー分光システムを用いることによって、こ
の発生した光と別の超短パルス光との間の同期をとるこ
とができるため、ポンプ−プローブ実験も可能となり、
極端紫外・真空紫外光領域でのフェムト秒領域でのポン
プ−プローブ実験に初めて具体的な可能性を与えること
ができる。
【００４４】図５は本発明の第３実施例を示す高次高調
波発生・分光システム（超短パルス極端紫外レーザー分
光システム）の更なる具体的な構成図である。
波発生・分光システム（超短パルス極端紫外レーザー分
光システム）の更なる具体的な構成図である。
【００４５】図５において、１００は極端紫外光発生装
置であり、この極端紫外光発生装置１００は超短パルス
レーザー光１０１をレンズ１０２で集光し、導入口１０
３を介して希ガス（アルゴンや窒素ガス）などのパルス
ジェット１０４中に導入し、高次高調波を発生させる。
この際、高次高調波は次数として３次、５次、７次、９
次というように奇数次数のものが発生する。それらの高
次高調波は、導出口１０５から導出される。
置であり、この極端紫外光発生装置１００は超短パルス
レーザー光１０１をレンズ１０２で集光し、導入口１０
３を介して希ガス（アルゴンや窒素ガス）などのパルス
ジェット１０４中に導入し、高次高調波を発生させる。
この際、高次高調波は次数として３次、５次、７次、９
次というように奇数次数のものが発生する。それらの高
次高調波は、導出口１０５から導出される。
【００４６】次に、その導出された高次高調波は、ゲー
トバルブ１０６、ベローズ１０７を介して、導入口２０
１から極端紫外光集光装置２００へ導入される。この極
端紫外光集光装置２００では、極端紫外光発生装置１０
０によって発生した超短パルス高次高調波を集光する。
このような短波長の光を集光する方法は、よく知られて
おり、入射角を斜めにしたトロイダルミラー２０２（Ｒ
１＝８９８．０），２０４（Ｒ２＝１０５）を用いる。
これらのトロイダルミラー２０２，２０４の間には特定
の波長が通りやすい金属薄膜フィルター２０３を用意す
る。これにより、おおまかに波長を選別することができ
る。
トバルブ１０６、ベローズ１０７を介して、導入口２０
１から極端紫外光集光装置２００へ導入される。この極
端紫外光集光装置２００では、極端紫外光発生装置１０
０によって発生した超短パルス高次高調波を集光する。
このような短波長の光を集光する方法は、よく知られて
おり、入射角を斜めにしたトロイダルミラー２０２（Ｒ
１＝８９８．０），２０４（Ｒ２＝１０５）を用いる。
これらのトロイダルミラー２０２，２０４の間には特定
の波長が通りやすい金属薄膜フィルター２０３を用意す
る。これにより、おおまかに波長を選別することができ
る。
【００４７】次に、極端紫外光集光装置２００で集光し
た光は、導出口２０５−ゲートバルブ２０６−導入口３
０１から導入され、飛行時間型質量分析装置３００のイ
オン引き出し部３０２に焦点を持つ。ここでは、原子、
分子、および、クラスター系と極端紫外レーザーパルス
が相互作用し、イオンが生成する。そして、質量選別が
行われ、イオン種の同定が可能となる。
た光は、導出口２０５−ゲートバルブ２０６−導入口３
０１から導入され、飛行時間型質量分析装置３００のイ
オン引き出し部３０２に焦点を持つ。ここでは、原子、
分子、および、クラスター系と極端紫外レーザーパルス
が相互作用し、イオンが生成する。そして、質量選別が
行われ、イオン種の同定が可能となる。
【００４８】次に、飛行時間型質量分析装置３００で集
光された高次高調波は、導出口３０３−ゲートバルブ４
０１−導入口４０２を介して極端紫外分光装置４００に
導かれる。この極端紫外分光装置４００では、フラット
フィールド型と呼ばれる凹面回折格子４０３を用い、ス
ペクトルの結像が平面上に並ぶために、平面検出部を持
つ位置敏感型検出装置によって広い波長範囲のスペクト
ルを一度に観測することが可能となる。
光された高次高調波は、導出口３０３−ゲートバルブ４
０１−導入口４０２を介して極端紫外分光装置４００に
導かれる。この極端紫外分光装置４００では、フラット
フィールド型と呼ばれる凹面回折格子４０３を用い、ス
ペクトルの結像が平面上に並ぶために、平面検出部を持
つ位置敏感型検出装置によって広い波長範囲のスペクト
ルを一度に観測することが可能となる。
【００４９】そして、分散された光をマイクロチャンネ
ルプレートによって受光し、発生する光電子を増幅しフ
ォスファースクリーン４０６にて可視光へと変換し、真
空装置の外に導く。そして、ＣＣＤカメラ（位置敏感型
検出装置）４０７によって位置敏感検出し、スペクトル
へと変換する。
ルプレートによって受光し、発生する光電子を増幅しフ
ォスファースクリーン４０６にて可視光へと変換し、真
空装置の外に導く。そして、ＣＣＤカメラ（位置敏感型
検出装置）４０７によって位置敏感検出し、スペクトル
へと変換する。
【００５０】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００５１】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。
よれば、以下のような効果を奏することができる。
【００５２】（Ａ）超短パルスレーザー光（パルス幅１
００ｆｓ程度）によって発生する極端紫外光による分光
計測を可能にすることができる。
００ｆｓ程度）によって発生する極端紫外光による分光
計測を可能にすることができる。
【００５３】（Ｂ）入射する超短パルスレーザー光の強
度を変化させ、得られるイオンシグナルと発生している
高次高調波強度との相関関係から、特定の波長で起こっ
た現象の同定を可能にすることができる。
度を変化させ、得られるイオンシグナルと発生している
高次高調波強度との相関関係から、特定の波長で起こっ
た現象の同定を可能にすることができる。
【００５４】そもそも、極端紫外・真空紫外領域におけ
るレーザー分光は、まったくの未開拓分野である。極端
紫外・真空紫外領域における分子分光は、これまで、放
射光施設を利用して、その吸収スペクトルや発光をモニ
ターすることによる励起スペクトルの観測という形で行
われてきた。しかし、多くの場合、極めて早い解離やイ
オン化が起こるために、スペクトルは極めて幅が広いも
のとなる。そのため、ポンプ−プローブ法による時間領
域の分光が極めて有効である。しかし、そのためには、
大型の放射光施設では困難である。近年は、レーザーと
放射光との同期をとる努力も払われているが、同期実験
は困難であるというのが一般的である。
るレーザー分光は、まったくの未開拓分野である。極端
紫外・真空紫外領域における分子分光は、これまで、放
射光施設を利用して、その吸収スペクトルや発光をモニ
ターすることによる励起スペクトルの観測という形で行
われてきた。しかし、多くの場合、極めて早い解離やイ
オン化が起こるために、スペクトルは極めて幅が広いも
のとなる。そのため、ポンプ−プローブ法による時間領
域の分光が極めて有効である。しかし、そのためには、
大型の放射光施設では困難である。近年は、レーザーと
放射光との同期をとる努力も払われているが、同期実験
は困難であるというのが一般的である。
【００５５】これに対して、本来、ポンプ−プローブは
超短パルスレーザー光が得意とするものであるので、超
短パルスレーザーによる、極端紫外・真空紫外域の分光
システムの出現が長い間待ち望まれていた。本発明の超
短パルス極端紫外・真空紫外レーザー分光システムはそ
れを実現可能とするものである。そのために短波長領域
の分光実験に多大な寄与をすることができる。
超短パルスレーザー光が得意とするものであるので、超
短パルスレーザーによる、極端紫外・真空紫外域の分光
システムの出現が長い間待ち望まれていた。本発明の超
短パルス極端紫外・真空紫外レーザー分光システムはそ
れを実現可能とするものである。そのために短波長領域
の分光実験に多大な寄与をすることができる。
【図１】本発明の第１実施例を示す高次高調波発生・分
光システムの概略構成図である。
光システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す高次高調波発生・分
光システムの概略構成図である。
光システムの概略構成図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す高次高調波発生・分
光システムの概略構成図である。
光システムの概略構成図である。
【図４】本発明の第３実施例を示す高次高調波発生・分
光システム（超短パルス極端紫外レーザー分光システ
ム）の具体例を示す図である。
光システム（超短パルス極端紫外レーザー分光システ
ム）の具体例を示す図である。
【図５】本発明の第３実施例を示す高次高調波発生・分
光システム（超短パルス極端紫外レーザー分光システ
ム）の更なる具体的な構成図である。
光システム（超短パルス極端紫外レーザー分光システ
ム）の更なる具体的な構成図である。
１，Ａ 高次高調波生成部 ２，７ 瀬谷−波岡型分光器 ２−１，７−１，４１，４０３ 凹面回折光子 ３ 集光部 ３−１ 円筒ミラー ４，６，Ｃ 飛行時間型質量分析器 ５，２０，Ｂ 集光・波長選別部 ５−１，Ｂ−１ トロイダルミラー（金コート） ５−２，Ｂ−２ ＸＵＶ（極端紫外）ビームスプリッ
ター ５−３，Ｂ−３，２２，２０３ 金属薄膜フィルター ７−２ ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート） １０，１００ 極端紫外光発生装置（高次高調波生成
装置） １１，１０４ パルスジェット １２，１０１ 超短パルスレーザー光 １３，１０２ レンズ ２１，２０２，２０４ トロイダルミラー ３０，３００ 飛行時間型質量分析装置 ３１，３０２ イオン引き出し部 ４０，４００ 極端紫外分光装置 ４２ 蛍光スクリーン付検出部 ４３，４０７ ＣＣＤカメラ ４４ データ分析装置 １０３，２０１，３０１，４０２ 導入口 １０５，２０５，３０３ 導出口 １０６，２０６，４０１ ゲートバルブ １０７ ベローズ ２００ 極端紫外光集光装置（極端紫外光集光部） ４０６ フォスファースクリーン Ｄ 斜入射分光器（極端紫外分光部及び位置敏感検出
部）
ター ５−３，Ｂ−３，２２，２０３ 金属薄膜フィルター ７−２ ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート） １０，１００ 極端紫外光発生装置（高次高調波生成
装置） １１，１０４ パルスジェット １２，１０１ 超短パルスレーザー光 １３，１０２ レンズ ２１，２０２，２０４ トロイダルミラー ３０，３００ 飛行時間型質量分析装置 ３１，３０２ イオン引き出し部 ４０，４００ 極端紫外分光装置 ４２ 蛍光スクリーン付検出部 ４３，４０７ ＣＣＤカメラ ４４ データ分析装置 １０３，２０１，３０１，４０２ 導入口 １０５，２０５，３０３ 導出口 １０６，２０６，４０１ ゲートバルブ １０７ ベローズ ２００ 極端紫外光集光装置（極端紫外光集光部） ４０６ フォスファースクリーン Ｄ 斜入射分光器（極端紫外分光部及び位置敏感検出
部）
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/62 - 27/70 G01N 21/00 - 21/61 G01J 3/00 - 3/52 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】 高次高調波発生・分光システムにおい
て、入射する超短パルスレーザー光の高次高調波のう
ち、極端紫外・真空紫外領域のものについて、それらを
集光し、原子・分子系に作用させることによって、発生
するイオンを検出するとともに、発生している高次高調
波を分光することによって、どの高次高調波がどれだけ
の強度で発生しているかを同時に計測するとともに、前
記入射する超短パルスレーザー光の強度を変化させ、得
られるイオンシグナルと発生している高次高調波強度と
の相関関係から、特定の波長で起こった現象の同定を可
能にすることを特徴とする高次高調波発生・分光システ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000144747A JP3333495B2 (ja) | 2000-05-17 | 2000-05-17 | 高次高調波発生・分光システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000144747A JP3333495B2 (ja) | 2000-05-17 | 2000-05-17 | 高次高調波発生・分光システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001324477A JP2001324477A (ja) | 2001-11-22 |
| JP3333495B2 true JP3333495B2 (ja) | 2002-10-15 |
Family
ID=18651355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000144747A Expired - Fee Related JP3333495B2 (ja) | 2000-05-17 | 2000-05-17 | 高次高調波発生・分光システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3333495B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109916841A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-06-21 | 北京大学 | 高次谐波真空紫外光源与超高真空仪器的互联装置及方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010084202A1 (en) * | 2009-01-26 | 2010-07-29 | Centre National De La Recherche Scientifique -Cnrs- | Coherent ultra-short ultraviolet or extended ultraviolet pulse generating systems |
| JPWO2015140924A1 (ja) * | 2014-03-18 | 2017-04-06 | エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株式会社 | 多層膜反射鏡、分光装置、および高次高調波の分光方法 |
| CN105445213A (zh) * | 2015-12-21 | 2016-03-30 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 基于极紫外光谱仪的气体吸收系数测量装置 |
| JP7385209B2 (ja) | 2019-08-21 | 2023-11-22 | 国立大学法人 東京大学 | 真空紫外光の発生方法及びそれに用いる装置 |
| US11781978B2 (en) * | 2019-08-28 | 2023-10-10 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Spectroscopic measurement device |
-
2000
- 2000-05-17 JP JP2000144747A patent/JP3333495B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 季刊化学総説，２０００年 ３月１７日，第４４号，ｐ．２３２−２４３ |
| 季刊化学総説，２０００年 ３月１７日，第４４号，ｐ．５３−６６ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109916841A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-06-21 | 北京大学 | 高次谐波真空紫外光源与超高真空仪器的互联装置及方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001324477A (ja) | 2001-11-22 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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