JP3490770B2 - Target device and X-ray laser device - Google Patents

Target device and X-ray laser device

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JP3490770B2
JP3490770B2 JP15979894A JP15979894A JP3490770B2 JP 3490770 B2 JP3490770 B2 JP 3490770B2 JP 15979894 A JP15979894 A JP 15979894A JP 15979894 A JP15979894 A JP 15979894A JP 3490770 B2 JP3490770 B2 JP 3490770B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、X線発生用のターゲッ
ト装置、及び、放電とレーザアブレーションによりプラ
ズマ現象を起こしてX線を発生するX線レーザ装置に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a target device for generating X-rays and an X-ray laser device for generating X-rays by causing a plasma phenomenon due to discharge and laser ablation.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種のX線発生装置としては、
図5に示す真空スパーク法を用いたX線発生装置があ
る。この装置においては、パワーサプライ1によってコ
ンデンサ2が充電されており、この充電によって発生す
る高電圧は真空容器3内の放電電極間に印加される。放
電電極はCu−Wカソード4およびアノード5から構成
されており、真空容器3内はポンプによって10-5To
rr程度に真空排気されている。また、トリガ用のレー
ザ光がカソード4に開けられた穴を通してアノード5の
先端に照射される。このトリガ用レーザ光はYAGレー
ザ(100mJ,10MW,1.06μm)であり、フ
ォーカスレンズ6によって集束され、ガラス窓7を介し
て真空容器3内に取り込まれる。電極間に高電圧が印加
された状態で、アノード5にレーザ光が集光されること
によって表面プラズマが発生し、この表面プラズマは電
極間に電子なだれを誘起させる。この結果、カソード4
およびアノード5間に放電が生じる。その後、アノード
5に集中した加速電子によってアノード電極金属材料が
蒸発し、この電極金属材料が主プラズマの構成原子にな
る。放電プラズマはZピンチ効果によって自己集束し、
アノード電極金属の特性X線を放出する。このX線は、
100μm厚のベリリウム窓8を通して真空容器3から
外部へ取り出され、所定の利用に供される。
2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of X-ray generator,
There is an X-ray generator using the vacuum spark method shown in FIG. In this device, the capacitor 2 is charged by the power supply 1, and the high voltage generated by this charging is applied between the discharge electrodes in the vacuum container 3. The discharge electrode is composed of a Cu—W cathode 4 and an anode 5, and the inside of the vacuum container 3 is 10 −5 To by a pump.
It is evacuated to about rr. Laser light for trigger is applied to the tip of the anode 5 through a hole formed in the cathode 4. This trigger laser light is a YAG laser (100 mJ, 10 MW, 1.06 μm), is focused by the focus lens 6, and is taken into the vacuum chamber 3 through the glass window 7. When a high voltage is applied between the electrodes, a laser beam is focused on the anode 5 to generate surface plasma, which induces electron avalanche between the electrodes. As a result, the cathode 4
And a discharge occurs between the anode 5. Then, the accelerated electron concentrated on the anode 5 evaporates the anode electrode metal material, and this electrode metal material becomes the constituent atoms of the main plasma. The discharge plasma is self-focused by the Z-pinch effect,
Emit characteristic X-rays of the anode metal. This X-ray is
It is taken out from the vacuum container 3 to the outside through the beryllium window 8 having a thickness of 100 μm and is used for a predetermined purpose.

【0003】また、従来のX線レーザ装置としては、図
6に示す大出力レーザによるポンピングを基本としたも
のが多い。この装置は、ローレンス・リバモア国立研究
所で、慣性核融合実験に使われているNOVAの2ビー
ムを利用して、電子衝突励起と再結合プラズマの両スキ
ームによって、研究が進められているものである。NO
VAの2ビーム(参照番号21、22)の第2高調波
(λ=0.53μm)は、幅300μm、長さ数mmか
ら数cmのライン状に集光される。ビームのパルス幅
は、FWHMで100ピコ秒から数ナノ秒で、ピーク強
度は5TWに達する。ターゲット23には薄い金属の膜
を、プラスチック膜ではさんだ物が使われ、プラズマの
密度を上げる工夫がなされている。これによりX線が、
線状プラズマの軸方向に放出される。一方の軸方向に、
利得を上げるためにレーザ・キャビティとして多層膜ミ
ラー24が置かれている。そしてもう一方の軸方向か
つ、X線レーザ光が取り出される。ターゲット23に
は、ネオン用プラズマを使った実験には、Se、Sr、
Y、Mo等、また、ニッケル用には、Eu、Yb等が使
われており、これらのターゲットについて利得が観測さ
れている。
Most conventional X-ray laser devices are based on pumping by a high-power laser shown in FIG. This equipment is being researched at Lawrence Livermore National Laboratory using both NOVA two beams used for inertial fusion experiments by both electron collision excitation and recombination plasma schemes. is there. NO
The second harmonic (λ = 0.53 μm) of the two VA beams (reference numerals 21 and 22) is condensed in a line shape having a width of 300 μm and a length of several mm to several cm. The pulse width of the beam is 100 picoseconds to several nanoseconds in FWHM, and the peak intensity reaches 5TW. A thin metal film is used as the target 23, and a plastic film sandwiched between them is used to increase the plasma density. This makes X-rays
Emitted in the axial direction of the linear plasma. In one axial direction,
A multilayer mirror 24 is placed as a laser cavity to increase the gain. Then, the X-ray laser light is extracted in the other axial direction. For the experiment using neon plasma as the target 23, Se, Sr,
Y, Mo, etc., and Eu, Yb, etc. are used for nickel, and gains have been observed for these targets.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た真空スパーク法を用いたX線発生装置においては、陽
極自身がレーザ光によって蒸発することによってX線を
発生させているため、アノード電極5の寿命が短かっ
た。従って、装置を高繰り返し動作をさせる時には頻繁
にアノード電極5を交換する必要があり、この交換作業
に非常に手間がかかっていた。また、陽極自身が蒸発す
ることによって陽極の形状が変形するため、カソードお
よびアノード間の電界分布が変化し、ガス状プラズマの
発生位置は変化した。このX線点源の位置の揺らぎは、
X線発生装置のX線顕微鏡等への応用に大きな制限がも
たらされた。
However, in the above-described X-ray generator using the vacuum spark method, the anode itself generates X-rays by vaporization by the laser light, and therefore the life of the anode electrode 5 is reduced. Was short. Therefore, it is necessary to frequently replace the anode electrode 5 when the device is repeatedly operated, and this replacement work is very troublesome. Further, since the shape of the anode was deformed by evaporation of the anode itself, the electric field distribution between the cathode and the anode was changed, and the generation position of the gaseous plasma was changed. The fluctuation of the position of this X-ray point source is
The application of the X-ray generator to the X-ray microscope and the like has been greatly restricted.

【0005】また、真空スパーク法においては電極間に
放電を生じさせるスパークギャップスイッチが必要とさ
れない利点がある反面、電極間に金属原子を分布させる
タイミングおよび主放電を開始させるタイミングを制御
することは困難であった。このため、パワーサプライ1
から供給される電気エネルギをX線に変換させる効率は
低く、しかも、X線の光強度の再現性は悪かった。
Further, in the vacuum spark method, there is an advantage that a spark gap switch for causing a discharge between the electrodes is not required, but on the other hand, it is possible to control the timing of distributing the metal atoms between the electrodes and the timing of starting the main discharge. It was difficult. Therefore, power supply 1
The efficiency of converting the electric energy supplied from the X-rays into X-rays was low, and the reproducibility of the X-ray light intensity was poor.

【0006】また、真空スパーク法における金属蒸気の
発生量は、主に主放電電源であるコンデンサ2の容量値
によって定まり、しかも、X線の発生強度もこの容量値
に依存している。このため、金属蒸気の発生量とX線の
発生強度とを個別に制御することは困難であった。さら
に、電極間における金属蒸気の空間分布は放電プラズマ
によって決定されるため、電極間に発生した金属蒸気の
空間分布を制御することは難しかった。
Further, the amount of metal vapor generated in the vacuum spark method is determined mainly by the capacitance value of the capacitor 2 which is the main discharge power source, and the intensity of X-ray generation also depends on this capacitance value. Therefore, it is difficult to individually control the amount of metal vapor generated and the intensity of X-ray generation. Furthermore, since the spatial distribution of the metal vapor between the electrodes is determined by the discharge plasma, it is difficult to control the spatial distribution of the metal vapor generated between the electrodes.

【0007】また、従来のX線レーザ装置においては、
大出力レーザによるポンピングを基本としており、慣性
核融合用レーザの転用等設備の大がかりになることは避
け得なかった。この大がかりな設備は、実用的な応用に
大きな制限をもたらした。
Further, in the conventional X-ray laser device,
Since pumping by a high-power laser is basically used, it is unavoidable that equipment such as the laser for inertial fusion will be diverted. This large-scale installation has brought great limitations to practical applications.

【0008】本発明は、このような課題を解決すべくな
されたものであり、その目的は、放電電極の寿命を延ば
し、電極交換作業の手間を軽減するターゲット装置を提
供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a target device which extends the life of the discharge electrode and reduces the time and effort required for electrode replacement work.

【0009】また、ターゲットからの金属蒸気の発生量
を制御でき、また、供給される電気エネルギをX線に変
換させる効率を向上させるX線レーザ装置を提供するこ
とにある。
Another object of the present invention is to provide an X-ray laser device capable of controlling the amount of metal vapor generated from a target and improving the efficiency of converting supplied electric energy into X-rays.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明にかかる
ターゲット装置は、レーザ光を受けてガス状プラズマを
発生するターゲットを、レーザ光が照射される照射面に
備えた絶縁性のターゲット基板と、このターゲットを間
に配して相対するようにターゲット基板に固定され、こ
の間に所定の電圧が印加された際、ガス状プラズマの介
在のもとで放電を行い、放電プラズマを発生させる一対
の電極体とを備える。さらに、ターゲット基板の照射面
の裏面側には、この一対の電極体の配設方向に沿って延
び、所定の電位が与えれた制御導体を配設し、一対の電
極体のうち、一方の第1電極体には、この一対の電極体
間に発生するX線を外部に導くための第1貫通孔を備え
て構成する。
Therefore, a target device according to the present invention comprises an insulating target substrate having a target for receiving a laser beam to generate a gaseous plasma and having an irradiation surface irradiated with the laser beam. , The target is fixed to the target substrate so as to be opposed to each other, and when a predetermined voltage is applied between the targets, discharge is performed under the interposition of gaseous plasma, and a pair of discharge plasmas are generated. And an electrode body. Further, on the back surface side of the irradiation surface of the target substrate, a control conductor that extends along the arrangement direction of the pair of electrode bodies and is provided with a predetermined potential is arranged. The one electrode body is provided with a first through hole for guiding the X-ray generated between the pair of electrode bodies to the outside.

【0011】一方、本発明にかかるX線レーザ装置は、
レーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を内
部に導く入射窓を有する真空容器と、真空容器内に配設
され、レーザ光を受けてガス状プラズマを発生するター
ゲットを、このレーザ光が照射される照射面に備えた絶
縁性のターゲット基板と、ターゲットを間に配して相対
するようにターゲット基板に固定され、この間に所定の
放電電圧が印加された際、ガス状プラズマの介在のもと
で放電を行い、放電プラズマを発生させる一対の電極体
と、この一対の電極体間に放電電圧を印加する電源手段
とを備える。さらに、ターゲット基板の照射面の裏面側
には、この一対の電極体の配設方向に沿って延び、所定
の電位が与えれた制御導体を配設し、また、一対の電極
体のうち、一方の第1電極体は、この一対の電極体間に
発生するX線を外部に導くための第1貫通孔を有し、他
方の第2電極体は、この一対の電極体間に発生するX線
を通過させる第2貫通孔を有する。そして、この第2貫
通孔の終端付近には、第2貫通孔を通過したX線を、第
1電極体側に反射するX線反射体を配設して構成する。
On the other hand, the X-ray laser device according to the present invention is
A laser light source, a vacuum container having an entrance window for guiding the laser light emitted from the laser light source to the inside, a target arranged in the vacuum container and receiving the laser light to generate gaseous plasma, the laser light The insulating target substrate provided on the irradiation surface to be irradiated and the target are fixed to the target substrate so as to face each other with the target placed therebetween, and when a predetermined discharge voltage is applied between them, the interposition of gaseous plasma It is provided with a pair of electrode bodies which originally discharge and generate discharge plasma, and a power supply means which applies a discharge voltage between the pair of electrode bodies. Further, on the back side of the irradiation surface of the target substrate, a control conductor that extends along the arrangement direction of the pair of electrode bodies and is provided with a predetermined potential is arranged. Of the first electrode body has a first through hole for guiding the X-rays generated between the pair of electrode bodies to the outside, and the other second electrode body of the first electrode body of X is generated between the pair of electrode bodies. It has a second through hole that allows the wire to pass therethrough. An X-ray reflector that reflects the X-rays that have passed through the second through hole to the first electrode body side is arranged near the end of the second through hole.

【0012】[0012]

【作用】本発明にかかるターゲット装置では、ターゲッ
ト基板の照射面に、外部から発せされたレーザ光を受
け、この部位に配したターゲットにレーザ光が照射され
ると、このターゲットを構成する金属元素が、両電極体
の間にガス状になって一様に分布する。この状態で、一
対の電極体間に所定の電圧を印加すると、この間に放電
プラズマを発生させることができ、発生したプラズマは
Zピンチを起こす。一方、ターゲット基板の裏面に配設
された制御導体に、例えば、接地電位などを与えること
で、この発生したプラズマは、この制御導体に沿って安
定して形成される。
In the target device according to the present invention, the irradiation surface of the target substrate receives the laser light emitted from the outside, and when the laser light is irradiated to the target arranged at this portion, the metal element forming the target is formed. However, it is in the form of gas between both electrode bodies and is uniformly distributed. In this state, when a predetermined voltage is applied between the pair of electrode bodies, discharge plasma can be generated during this period, and the generated plasma causes Z pinch. On the other hand, by applying, for example, a ground potential to the control conductor arranged on the back surface of the target substrate, the generated plasma is stably formed along the control conductor.

【0013】また、本発明にかかるX線レーザ装置で
は、このようなターゲット基板、各電極体などを真空容
器内に配設しており、同様にして発生したプラズマは、
Zピンチ効果によって、原子或いはイオンがよりイオン
化された細いプラズマとなり、X線が発生する。2つの
電極体の配設方向に沿って放出されたX線は、第2電極
体の第2貫通孔を通り、X線反射体で反射されて第1電
極体側に戻る。このため、第1電極体の第1貫通孔を介
して外部へ放出されるX線の利得が上げられ、レーザ発
振を生じる。
Further, in the X-ray laser device according to the present invention, such a target substrate, each electrode body, etc. are arranged in a vacuum container, and plasma generated in the same manner is
Due to the Z-pinch effect, atoms or ions become more ionized thin plasma, and X-rays are generated. The X-ray emitted along the arrangement direction of the two electrode bodies passes through the second through hole of the second electrode body, is reflected by the X-ray reflector, and returns to the first electrode body side. Therefore, the gain of X-rays emitted to the outside through the first through hole of the first electrode body is increased, and laser oscillation occurs.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0015】図1にX線レーザ装置の概略を示す。X線
レーザ装置は、真空容器31内に配設されたターゲット
装置T、このターゲット装置Tに向けてレーザ光を照射
するエキシマレーザ光源43、後述する放電電圧を供給
するコンデンサバンク49などを備えて構成する。
FIG. 1 schematically shows an X-ray laser device. The X-ray laser device includes a target device T arranged in the vacuum container 31, an excimer laser light source 43 for irradiating the target device T with laser light, a capacitor bank 49 for supplying a discharge voltage described later, and the like. Constitute.

【0016】ターゲット装置Tは、5×15mmの大き
さの絶縁体によって形成されたターゲットベース38を
有し、この表面に1本のストライプ状のゲルマニウムが
ターゲット39として蒸着されている。そして、このタ
ーゲット39を挟んだ両側にはアノード34およびカソ
ード35が配置されおり、このアノード34とカソード
35との間の距離は10mmに設定され、ターゲットベ
ース38に対して固定されている。
The target device T has a target base 38 formed of an insulator having a size of 5 × 15 mm, and one stripe-shaped germanium is vapor-deposited as a target 39 on this surface. An anode 34 and a cathode 35 are arranged on both sides of the target 39, and the distance between the anode 34 and the cathode 35 is set to 10 mm and fixed to the target base 38.

【0017】また、図2、3などに拡大して示されるよ
うに、このアノード34およびカソード35の内部に
は、発生したX線が透過するためのトンネル36がそれ
ぞれ設けられており、この各トンネル36とターゲット
39とは、略同一直線上に位置している。また、カソー
ド35におけるトンネル36の終端部付近には、X線の
利得を上げるためのX線反射ミラー37が設けられてい
る。
Further, as enlargedly shown in FIGS. 2 and 3, tunnels 36 for transmitting the generated X-rays are provided inside the anode 34 and the cathode 35, respectively. The tunnel 36 and the target 39 are located on substantially the same straight line. An X-ray reflection mirror 37 for increasing the X-ray gain is provided near the end of the tunnel 36 in the cathode 35.

【0018】ターゲットベース38の裏面中央部には、
アノード34と電気的に接続された制御導体40が設け
られている。この制御導体40は、ターゲットベース3
8表面で生ずる放電の位置が安定するように制御するた
めのものであり、ターゲットベース38は、裏面に放電
が回り込まないように、裏面の外縁部を枠状に突出させ
た形状に加工している。
At the center of the back surface of the target base 38,
A control conductor 40 electrically connected to the anode 34 is provided. The control conductor 40 is used for the target base 3
8 This is for controlling the position of the discharge generated on the front surface to be stable, and the target base 38 is processed into a shape in which the outer edge of the back surface is projected in a frame shape so that the discharge does not go around to the back surface. There is.

【0019】一方、このターゲット装置Tを内部に収容
する真空容器31は、その上壁部に、アノード34−カ
ソード35間に生じたX線を真空容器の外部へ取り出す
ための出射窓41、及び、エキシマレーザ光源43から
出射されたレーザ光を真空容器31内に入射させるため
の入射窓42を設けている。なお、真空容器31の内部
気圧は、ロータリーポンプ32およびターボ分子ポンプ
33によって10-7Torrの高真空度に保たれてい
る。
On the other hand, the vacuum container 31 for accommodating the target device T therein is provided with an emission window 41 on its upper wall for taking out X-rays generated between the anode 34 and the cathode 35 to the outside of the vacuum container. An entrance window 42 is provided for allowing the laser light emitted from the excimer laser light source 43 to enter the vacuum container 31. The internal pressure of the vacuum container 31 is maintained at a high degree of vacuum of 10 −7 Torr by the rotary pump 32 and the turbo molecular pump 33.

【0020】エキシマレーザ光源43からはレーザパル
スが発生され、このレーザパルスは、ミラー44、45
によってその光路が変換され、レンズ46によって集束
された後、入射窓42に入射される。入射されたレーザ
パルスは真空容器31内のターゲットベース38上のタ
ーゲット39に所定パターンになって照射される。この
レーザパルスは、トリガ信号発生装置47からトリガ信
号が出力されるタイミングに応じ、レーザ光源43から
出力される。
A laser pulse is generated from the excimer laser light source 43, and the laser pulse is generated by the mirrors 44 and 45.
The optical path is converted by the lens 46, focused by the lens 46, and then incident on the entrance window 42. The incident laser pulse irradiates the target 39 on the target base 38 in the vacuum container 31 in a predetermined pattern. The laser pulse is output from the laser light source 43 according to the timing at which the trigger signal is output from the trigger signal generator 47.

【0021】真空容器31の底部には、導電性の支持軸
55を介して、カソード35に電気的に接続される電流
導入端子48が設けられており、この電流導入端子48
はコンデンサバンク49の内部に設けられた22μFの
コンデンサの一端に電気的に接続されている。また、ア
ノード34は真空容器31と同電位の接地電位に設定さ
れており、この真空容器31はスパークギャップスイッ
チ50の一端に接続されている。スパークギャップスイ
ッチ50の他端は、コンデンサバンク49内に設けられ
たコンデンサの他端に接続されている。このコンデンサ
は充電装置51よって所定電圧にまで充電される。スパ
ークギャップスイッチ50は高圧トリガ発生装置52に
よってスイッチンッグされる。このスイッチングは、ト
リガ信号発生装置47から遅延装置53を介して入力さ
れるトリガ信号によって制御される。遅延装置53はト
リガ信号発生装置47から出力されるトリガ信号を一定
タイミングだけ遅延させ、高圧トリガ発生装置52を作
動させる。なお、トリガ信号発生装置47、遅延装置5
3、高圧トリガ発生装置52およびスパークギャップス
イッチ50は、放電制御部を構成する。
A current introducing terminal 48 electrically connected to the cathode 35 through a conductive support shaft 55 is provided at the bottom of the vacuum container 31, and this current introducing terminal 48 is provided.
Is electrically connected to one end of a 22 μF capacitor provided inside the capacitor bank 49. Further, the anode 34 is set to the same ground potential as the vacuum container 31, and the vacuum container 31 is connected to one end of the spark gap switch 50. The other end of the spark gap switch 50 is connected to the other end of the capacitors provided in the capacitor bank 49. This capacitor is charged to a predetermined voltage by the charging device 51. The spark gap switch 50 is switched by the high pressure trigger generator 52. This switching is controlled by the trigger signal input from the trigger signal generator 47 via the delay device 53. The delay device 53 delays the trigger signal output from the trigger signal generator 47 by a fixed timing to activate the high voltage trigger generator 52. The trigger signal generator 47 and the delay device 5
3, the high voltage trigger generator 52 and the spark gap switch 50 constitute a discharge controller.

【0022】このように構成するX線レーザ装置におい
て、X線の発生は次のように行われる。
In the X-ray laser device constructed as described above, X-rays are generated as follows.

【0023】まず、トリガ信号発生装置47により、レ
ーザ光源43および遅延装置53に対し、同時に図4
(a)のグラフに示すトリガ信号が出力される。このグ
ラフの横軸は時間t、縦軸は信号電圧を示す。レーザ光
源43はこのトリガ信号入力によって図4(b)のグラ
フに示すようにレーザパルスを放射する。このグラフの
横軸は時間t、縦軸はレーザ光強度を示す。このレーザ
出力は約1Jでパルス幅は10nsである。レーザ光源
43から出射されたレーザパルスはミラー44、45で
反射され、レンズ46によって集束され、ターゲット3
9上に、電極方向に平行な1本の1×10mmのストラ
イプ状のパターンとなって照射される。このターゲット
39に照射された時のレーザ光強度は、約1GW/cm
2 である。このレーザ光照射により、ターゲット39を
構成する約1018個/cm3 の密度のゲルマニウム元素
が放電電極間のターゲット39表面上にガス状になって
一様に分布する。
First, the trigger signal generator 47 causes the laser light source 43 and the delay device 53 to simultaneously operate as shown in FIG.
The trigger signal shown in the graph of (a) is output. The horizontal axis of this graph represents time t, and the vertical axis represents signal voltage. The laser light source 43 emits a laser pulse as shown in the graph of FIG. 4B by this trigger signal input. The horizontal axis of this graph represents time t, and the vertical axis represents laser light intensity. The laser output is about 1 J and the pulse width is 10 ns. The laser pulse emitted from the laser light source 43 is reflected by the mirrors 44 and 45, focused by the lens 46, and the target 3
9 is irradiated in the form of a 1 × 10 mm stripe pattern parallel to the electrode direction. When the target 39 is irradiated, the laser light intensity is about 1 GW / cm.
Is 2 . By this laser light irradiation, the germanium element having a density of about 10 18 atoms / cm 3 constituting the target 39 is gas-like and uniformly distributed on the surface of the target 39 between the discharge electrodes.

【0024】一方、トリガ信号発生装置47から遅延装
置53に出力されたトリガ信号は、一定時間遅延された
後、高圧トリガ発生装置52に入力される。高圧トリガ
発生装置52は、この遅延したトリガ信号が入力される
タイミングに高圧パルスを発生し、スパークギャップス
イッチ50へ出力する。スパークギャップスイッチ50
はこの高圧パルスの入力によってそのスイッチを閉じ
る。コンデンサバンク49内のコンデンサは充電装置5
1によって予め30kvの高電圧に充電されており、充
電エネルギは10kJになっている。スパークギャップ
スイッチ50が閉じられることにより、コンデンサバン
ク49に蓄積された電荷が放電し、図4(c)のグラフ
に示す放電電流が生じる。同グラフの横軸は時間t、縦
軸は放電電流値を示す。この放電電流によって真空容器
31内のアノード34とカソード35との間に放電が生
じる。放電の開始は、遅延装置53によって、トリガ信
号発生装置47の出力するトリガ信号よりも図示の時間
Tだけ遅れている。
On the other hand, the trigger signal output from the trigger signal generator 47 to the delay device 53 is input to the high voltage trigger generator 52 after being delayed for a certain time. The high voltage trigger generator 52 generates a high voltage pulse at the timing when the delayed trigger signal is input, and outputs the high voltage pulse to the spark gap switch 50. Spark gap switch 50
Closes its switch with the input of this high voltage pulse. The capacitors in the capacitor bank 49 are charging devices 5.
1 has been charged in advance to a high voltage of 30 kv, and the charging energy is 10 kJ. By closing the spark gap switch 50, the electric charge accumulated in the capacitor bank 49 is discharged, and the discharge current shown in the graph of FIG. 4C is generated. The horizontal axis of the graph shows time t, and the vertical axis shows the discharge current value. This discharge current causes a discharge between the anode 34 and the cathode 35 in the vacuum container 31. The start of discharge is delayed by the delay device 53 from the trigger signal output from the trigger signal generator 47 by the time T shown in the figure.

【0025】アノード34とカソード35との間のター
ゲット39表面上には、ターゲット39から分離したガ
ス状プラズマがレーザ溶発になって一様に分布してい
る。このため、スパークギャップスイッチ50が閉じて
この間に放電が生じると、ターゲット39表面上には放
電プラズマが発生し、その放電プラズマはZピンチを起
こす。そして、ターゲットベース38裏面の制御導体4
0の作用によって、このZピンチされた放電プラズマの
位置が制御導体40に沿った位置に安定される。その結
果、ターゲット39の構成元素であるネオン用Geイオ
ンの特性X線(波長230オングストローム)が発生す
る。このX線は図4(d)のグラフに示され、同グラフ
の横軸は時間t、縦軸はX線強度を示す。各トンネル3
6とターゲット39とを結ぶ軸方向に放出されるX線
は、カソード35のトンネル36を通過してX線反射ミ
ラー37に到達し、ここで反射される。反射されたX線
は、アノード34側へ戻るため、この結果、放出される
X線の利得が向上し、レーザ発振を生じる。発振したX
線は出射窓41を介して真空容器31の外部に取り出さ
れる。
On the surface of the target 39 between the anode 34 and the cathode 35, the gaseous plasma separated from the target 39 is laser ablated and uniformly distributed. Therefore, when the spark gap switch 50 is closed and electric discharge occurs during this period, electric discharge plasma is generated on the surface of the target 39, and the electric discharge plasma causes Z pinch. Then, the control conductor 4 on the back surface of the target base 38
By the action of 0, the position of the Z-pinch discharge plasma is stabilized at a position along the control conductor 40. As a result, characteristic X-rays (wavelength 230 angstrom) of Ge ions for neon, which is a constituent element of the target 39, are generated. This X-ray is shown in the graph of FIG. 4D, where the horizontal axis represents time t and the vertical axis represents X-ray intensity. Each tunnel 3
The X-rays emitted in the axial direction connecting the 6 and the target 39 pass through the tunnel 36 of the cathode 35, reach the X-ray reflection mirror 37, and are reflected here. The reflected X-rays return to the anode 34 side, and as a result, the gain of the emitted X-rays is improved and laser oscillation occurs. Oscillated X
The wire is taken out of the vacuum container 31 through the emission window 41.

【0026】本実施例においては、X線を発生させるた
めの金属蒸気は、放電電極となるアノード、カソードと
は別に設けられたレーザ溶発用のターゲット39を発生
源としている。従って、陽極自身を金属蒸気の発生源と
する従来の真空スパーク法によるX線発生装置とは異な
り、放電電極が消耗することはなく、電極の寿命は長く
なる。このため、X線を繰り返し発生させても、電極交
換が必要とされる間隔は長くなり、電極交換作業の手間
は大幅に省ける。また、従来のように陽極が変形してX
線点源の位置が揺らぐことはなく、しかも、制御導体4
0の作用によって、プラズマの発生位置がより安定する
ため、安定したX線が得られる。
In the present embodiment, the metal vapor for generating X-rays uses a laser ablation target 39 provided separately from the anode and the cathode which are discharge electrodes. Therefore, unlike the conventional X-ray generator using the vacuum spark method in which the anode itself is used as the source of metal vapor, the discharge electrode is not consumed and the life of the electrode is extended. Therefore, even if X-rays are repeatedly generated, the interval at which the electrodes need to be replaced becomes long, and the labor for the electrode replacement work can be greatly saved. In addition, the anode is deformed and X
The position of the line source does not fluctuate, and the control conductor 4
By the action of 0, the position where plasma is generated becomes more stable, so that stable X-rays can be obtained.

【0027】また、放電制御装置により、アノード及び
カソードで構成される放電電極間にガス状プラズマが発
生した後、所定タイミングだけ遅延して、この放電電極
間に高電圧が印加され、プラズマピンチ現象が起こされ
てX線が発生する。つまり、ターゲット39の構成元素
が放電電極間に分布した後に放電が発生させられ、しか
も、この放電タイミングは遅延装置53によって放電に
最適な任意のタイミングに設定される。従って、レーザ
光源43からのレーザパルス照射によって発生する金属
蒸気の発生タイミングと、コンデンサバンク49に蓄積
された充電電荷が放電されて生じる主放電タイミングと
は適宜個別に制御される。このため、より効率良く、電
気エネルギをX線に変換することが可能になる。
Further, after the gaseous plasma is generated between the discharge electrodes composed of the anode and the cathode by the discharge control device, a high voltage is applied between the discharge electrodes with a predetermined delay and a plasma pinch phenomenon is caused. Is generated and X-rays are generated. That is, after the constituent elements of the target 39 are distributed between the discharge electrodes, a discharge is generated, and the discharge timing is set by the delay device 53 to an arbitrary timing optimum for the discharge. Therefore, the generation timing of the metal vapor generated by the laser pulse irradiation from the laser light source 43 and the main discharge timing generated by discharging the charge accumulated in the capacitor bank 49 are appropriately controlled individually. Therefore, it is possible to convert the electric energy into X-rays more efficiently.

【0028】また、ターゲット39からの金属蒸気の発
生量は、レーザ光源43から出力されるレーザ光のエネ
ルギ、波長、ターゲット39へのレーザ光の照射面積等
によって制御され、主放電電源となるコンデンサバンク
49の容量値には依存しない。また、放電電極間におけ
る金属蒸気の空間分布は、ターゲット39へのレーザ光
の照射パターンを変えることにより、ある程度制御され
る。この結果、金属蒸気の発生量とX線の発生強度とを
個別に制御することが可能になり、発生させるX線の光
強度の再現性は向上する。ここで、放電電極間における
ターゲット元素の最適な初期分布は、採用される個々の
ターゲット元素に対応した最適なレーザ光波長、レーザ
パルス幅、レーザエネルギー、レーザ照射分布、および
ターゲット39自身の組成(薄膜、液状)などを適宜選
択することによって達成される。
The amount of metal vapor generated from the target 39 is controlled by the energy and wavelength of the laser light output from the laser light source 43, the irradiation area of the laser light on the target 39, etc., and serves as a main discharge power source. It does not depend on the capacity value of the bank 49. Further, the spatial distribution of the metal vapor between the discharge electrodes is controlled to some extent by changing the irradiation pattern of the laser light on the target 39. As a result, the amount of metal vapor generated and the intensity of X-ray generation can be individually controlled, and the reproducibility of the light intensity of X-rays generated is improved. Here, the optimum initial distribution of the target element between the discharge electrodes is the optimum laser light wavelength, laser pulse width, laser energy, laser irradiation distribution corresponding to each target element to be adopted, and the composition of the target 39 itself ( This can be achieved by appropriately selecting a thin film, liquid, etc.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるタ
ーゲット装置では、ターゲット基板に設けたターゲット
をガス状プラズマの発生源とするので、従来のように、
放電を行う電極体自体が消耗することはなく、電極体の
寿命は長くなる。このため、X線を繰り返し発生させて
も、電極交換が必要とされる間隔は長くなり、電極交換
作業の手間は大幅に軽減できる。
As described above, in the target device according to the present invention, the target provided on the target substrate is used as the source of the gaseous plasma.
The electrode body itself for discharging is not consumed, and the life of the electrode body is extended. Therefore, even if X-rays are repeatedly generated, the interval at which the electrodes need to be replaced becomes long, and the labor of the electrode replacement work can be greatly reduced.

【0030】また、本発明にかかるX線レーザ装置で
は、最終的に放電が生じ、Zピンチされたプラズマが安
定する位置は、ターゲットベース裏面に設けられた制御
導体の位置によって決定される。このため、電気エネル
ギをX線に変換させる効率を向上させることが可能とな
り、また、発光源の揺らぎも少なくなる。
Further, in the X-ray laser device according to the present invention, the position where the discharge finally occurs and the Z-pinch plasma is stabilized is determined by the position of the control conductor provided on the back surface of the target base. Therefore, it is possible to improve the efficiency of converting the electric energy into X-rays, and the fluctuation of the light emitting source is reduced.

【0031】加えて、一対の電極体の配設方向に沿って
放出されるX線は、第2電極体の第2貫通孔を通り、X
線反射体によって、第1電極体側へ反射されるため、第
1電極体を介して外部に放出されるX線の利得を上げら
れ、レーザ発振を生じさせることができる。これによ
り、極めて安定なプラズマ位置と強いX線強度が得られ
るX線レーザ装置を提供することができる。
In addition, the X-rays emitted along the arrangement direction of the pair of electrode bodies pass through the second through holes of the second electrode body and pass through the X-rays.
Since it is reflected to the side of the first electrode body by the line reflector, the gain of X-rays emitted to the outside via the first electrode body can be increased and laser oscillation can be generated. As a result, it is possible to provide an X-ray laser device that can obtain an extremely stable plasma position and a strong X-ray intensity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本実施例にかかるX線レーザ装置の構成を概略
的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an X-ray laser device according to an embodiment.

【図2】本実施例にかかるターゲット装置を示す縦断面
図である。
FIG. 2 is a vertical sectional view showing a target device according to the present embodiment.

【図3】図2に示すターゲット装置を裏面側が見た斜視
図である。
FIG. 3 is a perspective view of the target device shown in FIG. 2 as viewed from the back side.

【図4】(a)〜(b)は、X線レーザ装置各部の信号
波形を示すグラフである。
FIGS. 4A and 4B are graphs showing signal waveforms of various parts of the X-ray laser device.

【図5】従来の真空スパーク法を用いたX線発生装置を
示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing an X-ray generator using a conventional vacuum spark method.

【図6】従来のプラズマ現象を用いたX線レーザ装置の
概略を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an outline of an X-ray laser device using a conventional plasma phenomenon.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31…真空ポンプ、32…ロータリーポンプ、33…タ
ーボ分子ポンプ、34…アノード(第1電極体)、35
…カソード(第2電極体)、36…トンネル(貫通
孔)、37…X線反射ミラー、38…ターゲットベー
ス、39…ターゲット、40…導体(制御導体)、41
…窓、42…レーザ用窓、43…YAGレーザ光源、4
4…ミラー、45…ハーフミラー、46…レンズ、47
…トリガ信号発生装置、48…電流導入端子、49…コ
ンデンサバンク、50…スパークギャップスイッチ、5
1…充電装置、52…高圧トリガ発生装置、53…遅延
装置。
31 ... Vacuum pump, 32 ... Rotary pump, 33 ... Turbo molecular pump, 34 ... Anode (first electrode body), 35
... cathode (second electrode body), 36 ... tunnel (through hole), 37 ... X-ray reflection mirror, 38 ... target base, 39 ... target, 40 ... conductor (control conductor), 41
... window, 42 ... laser window, 43 ... YAG laser light source, 4
4 ... Mirror, 45 ... Half mirror, 46 ... Lens, 47
... trigger signal generator, 48 ... current introducing terminal, 49 ... capacitor bank, 50 ... spark gap switch, 5
1 ... Charging device, 52 ... High voltage trigger generating device, 53 ... Delay device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−304597(JP,A) 特開 昭63−304596(JP,A) 特公 昭53−29078(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 1/24 H05G 1/02 H01J 35/08 H05G 2/00 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of front page (56) References JP-A-63-304597 (JP, A) JP-A-63-304596 (JP, A) JP-B-53-29078 (JP, B2) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) H05H 1/24 H05G 1/02 H01J 35/08 H05G 2/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】レーザ光を受けてガス状プラズマを発生す
るターゲットを、レーザ光が照射される照射面に備えた
絶縁性のターゲット基板と、 前記ターゲットを間に配して相対するように前記ターゲ
ット基板に固定され、この間に所定の電圧が印加された
際、前記ガス状プラズマの介在のもとで放電を行い、放
電プラズマを発生させる一対の電極体とを備え、 前記ターゲット基板における前記照射面の裏面側には、
この一対の電極体の配設方向に沿って延び、所定の電位
が与えれた制御導体を配設しており、 前記一対の電極体のうち、一方の第1電極体は、この一
対の電極体間に発生するX線を外部に導くための第1貫
通孔を有することを特徴とするターゲット装置。
1. A target for generating a gaseous plasma in response to a laser beam and an insulating target substrate provided on an irradiation surface on which the laser beam is irradiated, and the target is disposed so as to face each other. The target substrate is fixed, and when a predetermined voltage is applied between them, discharge is performed under the interposition of the gaseous plasma, and a pair of electrode bodies that generate discharge plasma are provided, and the irradiation on the target substrate is performed. On the back side of the surface,
A control conductor that extends along the arrangement direction of the pair of electrode bodies and is provided with a predetermined potential is arranged. One of the pair of electrode bodies is one of the pair of electrode bodies. A target device having a first through hole for guiding X-rays generated therebetween to the outside.
【請求項2】前記一対の電極体のうち、他方の第2電極
体は、この一対の電極体間に発生するX線を通過させる
第2貫通孔を有しており、 この第2貫通孔の終端付近には、この第2貫通孔を通過
したX線を、前記第1電極体側に反射するX線反射体を
配設してなる請求項1記載のターゲット装置。
2. The other second electrode body of the pair of electrode bodies has a second through hole for passing X-rays generated between the pair of electrode bodies. The target device according to claim 1, wherein an X-ray reflector that reflects the X-rays that have passed through the second through-holes to the first electrode body side is disposed near the end of the target device.
【請求項3】前記制御導体は、前記第1及び第2電極体
のうち、アノードとなる一方の電極体と電気的に接続さ
れてなる請求項1または2記載のターゲット装置。
3. The target device according to claim 1, wherein the control conductor is electrically connected to one of the first and second electrode bodies that serves as an anode.
【請求項4】レーザ光源と、 前記レーザ光源から出射されたレーザ光を内部に導く入
射窓を有する真空容器と、 前記真空容器内に配設され、前記レーザ光を受けてガス
状プラズマを発生するターゲットを、このレーザ光が照
射される照射面に備えた絶縁性のターゲット基板と、 前記ターゲットを間に配して相対するように前記ターゲ
ット基板に固定され、この間に所定の放電電圧が印加さ
れた際、前記ガス状プラズマの介在のもとで放電を行
い、放電プラズマを発生させる一対の電極体と、 前記一対の電極体間に前記放電電圧を印加する電源手段
とを備え、 前記ターゲット基板における前記照射面の裏面側には、
この一対の電極体の配設方向に沿って延び、所定の電位
が与えれた制御導体を配設しており、 前記一対の電極体のうち、一方の第1電極体は、この一
対の電極体間に発生するX線を外部に導くための第1貫
通孔を有し、他方の第2電極体は、この一対の電極体間
に発生するX線を通過させる第2貫通孔を有しており、 この第2貫通孔の終端付近には、この第2貫通孔を通過
したX線を、前記第1電極体側に反射するX線反射体を
配設してなるX線レーザ装置。
4. A laser light source, a vacuum container having an entrance window for guiding the laser light emitted from the laser light source to the inside, and a vacuum container disposed in the vacuum container and receiving the laser light to generate a gaseous plasma. The target is fixed to the insulating target substrate provided on the irradiation surface irradiated with the laser light and the target substrate so as to face the insulating target substrate, and a predetermined discharge voltage is applied between them. When the discharge is performed, a discharge is performed under the interposition of the gaseous plasma, and a pair of electrode bodies for generating discharge plasma, and a power supply means for applying the discharge voltage between the pair of electrode bodies are provided, the target On the back side of the irradiation surface of the substrate,
A control conductor that extends along the arrangement direction of the pair of electrode bodies and is provided with a predetermined potential is arranged. One of the pair of electrode bodies is one of the pair of electrode bodies. It has a first through hole for guiding the X-ray generated between the two, and the other second electrode body has a second through hole for passing the X-ray generated between the pair of electrode bodies. An X-ray laser device having an X-ray reflector that reflects the X-rays that have passed through the second through hole toward the first electrode body near the end of the second through hole.
【請求項5】前記制御導体は、前記第1及び第2電極体
のうち、アノードとなる一方の電極体と電気的に接続さ
れてなる請求項4記載のX線レーザ装置。
5. The X-ray laser device according to claim 4, wherein the control conductor is electrically connected to one of the first and second electrode bodies that serves as an anode.
【請求項6】前記電源手段から前記一対の電極体に印加
される前記放電電圧の印加タイミングと、前記レーザ光
源から前記ターゲットに照射されるレーザ光の照射タイ
ミングとの双方を制御する放電制御手段を備える請求項
4または5記載のX線レーザ装置。
6. A discharge control means for controlling both an application timing of the discharge voltage applied from the power supply means to the pair of electrode bodies and an irradiation timing of laser light emitted from the laser light source to the target. The X-ray laser device according to claim 4, further comprising:
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