JP3633904B2 - X-ray generating method and x-ray generator - Google Patents

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JP3633904B2
JP3633904B2 JP2002073364A JP2002073364A JP3633904B2 JP 3633904 B2 JP3633904 B2 JP 3633904B2 JP 2002073364 A JP2002073364 A JP 2002073364A JP 2002073364 A JP2002073364 A JP 2002073364A JP 3633904 B2 JP3633904 B2 JP 3633904B2
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幹雄 室
考一 山川
貞夫 藤井
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川崎重工業株式会社
日本原子力研究所
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Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、レーザ光をターゲットに照射してX線を発生させるX線発生方法および装置に関し、特に高出力超短光パルスレーザを使用して特定波長のX線を発生させるX線発生方法および装置に関する。 The present invention relates to X-ray generating method and apparatus for generating X-rays by irradiating a laser beam to a target, X-ray generating method and generating X-rays of the specific wavelength used, in particular high-power ultrashort pulsed laser apparatus on.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
高強度レーザ光を金属表面に照射すると金属表面に形成されるプラズマから高輝度のX線が発生する。 X-ray of high intensity to generate a high-intensity laser beam from the plasma which is formed on the metal surface is irradiated to the metal surface. 特に超短光パルスレーザ光を用いることにより比較的低いエネルギーで極めて高輝度のX線が得られる。 Extremely high intensity X-rays can be obtained at relatively low energy, in particular by using the ultrashort pulsed laser light.
超短光パルスレーザをターゲットに照射してX線を得るようにしたX線発生装置では、X線出力は、ターゲットの材質や形状、レーザビームの波長、空間強度分布や時間波形など、非常に多くのパラメータに左右される。 In X-ray generating apparatus to obtain the X-ray is irradiated with ultrashort pulsed laser to the target, X-ray output, the target of material and shape, the wavelength of the laser beam, such as spatial intensity distribution and the time waveform, very It depends on many parameters.
【0003】 [0003]
しかし、従来のX線出力制御は、レーザビームの総合的強度すなわち波長全体にわたる積分値としてのエネルギ強度、あるいはパルスレーザを用いるときはパルス間隔の調整などによる方法が用いられているため、X線出力を精密に制御することは難しかった。 However, the conventional X-ray output control, since the method is used due to the adjustment of the pulse interval when using the energy intensity or pulse laser, as overall intensity or the integral value over the entire wavelength of the laser beam, X-ray it is difficult to precisely control the output.
また、従来は、レーザビームの集光系の焦点をずらすなどしてレーザパルスX線のエネルギ強度を調整するようにしているが、レーザ自体の空間強度分布を変化させることができないため、最適な調整をすることができなかった。 Also, conventionally, since it has to adjust the energy intensity of the laser pulse X-rays by such defocusing of the focusing system of the laser beam, it is not possible to vary the spatial intensity distribution of the laser itself, the optimal It could not be adjusted.
【0004】 [0004]
たとえば、特開平9−184900には、発生したX線の強度を測定してX線露光量が設定値と一致するように最後のパルスレーザショットの強度を調整するようにしたパルスX線照射装置が開示されている。 For example, JP-A 9-184900, pulsed X-ray irradiation apparatus X-ray exposure by measuring the intensity of the generated X-rays is to adjust the intensity of the last pulse laser shots to match the set value There has been disclosed. ビーム強度調整は、光路中に設けた透過率可変フィルターや、Qスイッチレーザ装置におけるQスイッチの作動開始信号とレーザ媒質の励起開始信号の時間差を用いるなどの方法によって行っている。 Beam intensity adjustment, and transmittance variable filter provided in the optical path is performed by a method such as using a time difference between the excitation start signal operation start signal and the laser medium Q-switch in the Q-switched laser device. この装置によれば、パルスX線源の出力がショット毎に揺らいでも設定X線照射量と積算X線照射量を一致させることができる。 According to this apparatus, it is possible to output a pulse X-ray source also fluctuates for each shot to match the integrated X-ray exposure and setting the X-ray irradiation dose.
【0005】 [0005]
また、初めに予備的なレーザパルスをターゲットに照射してプラズマを発生させ、その後に主パルスを照射してプラズマから所定のX線を放出させることにより、効率よくパルスレーザX線を発生させることができることが知られている。 Further, by irradiating the preliminary laser pulses to the target to generate plasma initially, by subsequently releasing the predetermined X-ray from the plasma by irradiating a main pulse, can be generated efficiently pulsed laser X-ray it is known that it is.
従来、このような目的で使用されるレーザビームの時間波形を得る方法として、パルスモジュレーションなどの励起用フラッシュランプの光量を電気的に制御する方法があった。 As a method of obtaining a temporal waveform of the laser beam used for this purpose, there is a method for electrically controlling a light amount of the excitation flash lamps such as pulse modulation. しかしこの方法では、ms水準のパルス間隔を形成するのが限界で、特にpsからfs水準の超短光パルスレーザの時間波形を制御することはできなかった。 However, in this method, the limit is to form a pulse interval of ms level, could not particularly controlling the time waveform of the ultrashort optical pulse laser fs levels from ps.
【0006】 [0006]
超短光レーザパルスを対象とするものとして、特開平8−213192に、レーザビームをビームスプリッタで主パルスと副パルスに2分し、主パルスを遅延回路に通して遅延させ、副パルスを先進パルスとして主パルス(遅延パルス)の前に金属ターゲットに照射して予備プラズマを発生させるようにして、遅延時間制御によりX線量を変調させるようにしたレーザプラズマX線発生装置が開示されている。 As being directed to ultrashort optical laser pulses, leading to JP 8-213192, and 2 minutes in the main pulse and the sub pulse laser beam by the beam splitter, is delayed through a main pulse to the delay circuit, a sub-pulse so as to generate a pre-plasma by irradiating a metal target in front of the main pulse as a pulse (delayed pulse), the laser plasma X-ray generating apparatus is disclosed which is adapted to modulate the X-ray dose by controlling the delay time. この開示装置では、入力レーザビームの全体をビームスプリッタで2分し、光路長が異なる別々のレーザビーム伝送路を走行させて一方を他方に対して遅延させることにより2個のピークを持った時間波形を有するレーザビームを形成して、X線の発生量を制御している。 In this disclosure device, the input laser across the beam 2 minutes by a beam splitter, the time the optical path length with two peaks by delaying relative to the other one by running different separate laser beam transmission path forming a laser beam having a waveform, and controls the generation of X-ray.
【0007】 [0007]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
しかし、X線の作用を利用するときには、単にその総体的なエネルギを問題にするのではなく、化学物質や生体物質の吸収反応、単波長X線を使用した集積回路の製造など、特定波長におけるX線作用が重大な関心となる場合も多い。 However, when utilizing the action of X-rays, rather than simply a problem that overall energy, absorption reaction of the chemical and biological materials, such as the manufacture of integrated circuits using a single-wavelength X-rays, at a specific wavelength often when the X-ray effect is a serious concern.
ところが、特定のスペクトル線の強度を制御する簡単な方法はまだ開発されていない。 However, the simple way to control the intensity of the specific spectral lines not yet been developed.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、超短光パルスレーザなど高強度のレーザビームをターゲットに照射してX線を発生させる装置であって、X線の強度、特に必要とする特定波長のX線強度を選択的に制御するようにパルスレーザを調整する機構を備えたX線発生装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a device for generating X-rays by irradiating a laser beam of high intensity, such as ultrashort pulsed laser to the target, the intensity of X-rays, a specific wavelength that specifically require it is to provide an X-ray generating apparatus having a mechanism for adjusting the pulse laser to selectively control the X-ray intensity of.
【0008】 [0008]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
上記課題を解決するため、レーザ光をターゲットに照射してX線を発生させるX線発生装置に適用する本発明のX線発生方法は、伝送路中でレーザ光のスペクトルが光軸に垂直な方向に広がりフーリエ面を形成する光束の部分毎に実効的な光路長を変化させて空間位相分布を調整し、その後に再び収束してターゲットに集光させるもので、レーザビームの空間位相分布を調整して集光位置におけるレーザビームのパルス時間波形を所定のパターンにすると共に、発生するX線の強度特性を測定し、X線強度特性の測定結果に基づいてX線強度が適正なものとなるようにレーザビームのパルス時間波形を調整することを特徴とする。 To solve the above problems, the X-ray generating method of the present invention for applying a laser beam to the X-ray generator for by irradiating the target generating X-rays, the spectrum of the laser beam is perpendicular to the optical axis in the transmission path by changing the effective optical path length by adjusting the spatial phase distribution for each portion of the light flux forming a Fourier plane spreading in the direction, in which is condensed on the target then converge again, the spatial phase distribution of the laser beam adjusted with the pulse time waveform of the laser beam at the focusing position in the predetermined pattern to measure the strength properties of the X-ray generated, the X-ray intensity on the basis of the measurement results of the X-ray strength properties as appropriate so as to and adjusting the pulse time waveform of the laser beam.
【0009】 [0009]
本発明のX線発生方法によれば、1個のパルスレーザ中で回折格子やプリズムなどのスペクトル分解光学素子を用いるなどしてスペクトルが光軸に垂直な方向に広がった光束(フーリエ面)を部分毎に光路長が異なるように調整することによりレーザビームの空間位相分布を調整するので、再び収束してターゲット面に照射されるレーザビームは適当な位置にピークを持った時間波形を有するようにすることができる。 According to the X-ray generating method of the present invention, one light beam spectrum, such as using a spectral separation optical element is widened in the direction perpendicular to the optical axis such as a diffraction grating or a prism in pulsed lasers (Fourier plane) since adjusting the spatial phase distribution of the laser beam by the optical path length is adjusted differently for each part, so as to have a laser beam is a time waveform having a peak at a suitable position to be irradiated on the target surface and converges again it can be. そこで、発生したX線の特性を測定して、その測定結果をレーザビームの空間強度分布パターンにフィードバックすることにより、X線の発生を制御するので、目的の特性が最適の値を取るようなX線を効率よく発生させることができる。 Therefore, by measuring the characteristics of the generated X-rays, by feeding back the measurement result to the spatial intensity distribution pattern of the laser beam, and controls the generation of X-rays, such as the characteristics of interest takes the optimum value the X-ray can be efficiently generated.
【0010】 [0010]
なお、伝送光学系中のレーザビームの波面状態をモニタしてレーザビームの空間強度分布調整状況を確認すると共に、空間強度分布に関係するパラメータを適当に調整してX線を適正化するようにすることが好ましい。 Incidentally, the check the spatial intensity distribution adjusting conditions of the laser beam by monitoring the wavefront state of the laser beam in the transmitting optical system, so as to optimize the X-ray by appropriately adjusting the parameters related to the spatial intensity distribution it is preferable to. ターゲット位置におけるレーザビームの空間強度分布を直接知る方法はないが、伝送ビームの一部をビームスプリッタで分岐してその集光パターン(ファーフィールドパターン)からターゲット位置における空間強度分布を推定したり、調整結果をレーザビームの波面状態から推定することができるからであり、またレーザビームの波面状態を直接的に知ることにより空間強度分布パターンを左右するパラメータを調整したときなどに結果を的確に把握することができるからである。 Without a method to know directly the spatial intensity distribution of the laser beam at the target position, or to estimate the spatial intensity distribution at the target position from the light converging pattern (far field pattern) branches a part of the transmission beams by the beam splitter, adjust results is because it can be estimated from the wavefront state of the laser beam, also accurately determine the results, etc. when adjusting several parameters that can affect the spatial intensity distribution pattern by knowing directly the wavefront state of the laser beam This is because it is possible to be.
【0011】 [0011]
X線の強度特性として波長特性を測定し、目的とする特定波長におけるX線強度の計測値に基づいて、レーザビームの波面状態の調整を行うことができるようにしてもよい。 The wavelength characteristics were measured as the strength properties of X-ray, based on the measurement values ​​of X-ray intensity at a particular wavelength of interest, it may be able to adjust the wavefront state of the laser beam. 発生させるX線は目的によって決まる所定の波長成分の強度が強くなるようにすることが好ましい。 X-rays to be generated, it is preferable that the intensity of a predetermined wavelength component determined by the object increases. X線の波長特性が測定できれば、目的波長のX線強度を測定して、この強度が大きくなるように空間強度分布を調整するようにすることができる。 If measurement wavelength characteristics of X-rays, it is possible to measure the X-ray intensity of the target wavelength, so as to adjust the spatial intensity distribution as the intensity increases.
【0012】 [0012]
なお、本発明の方法は、パルス幅がピコ秒からフェムト秒しかない超短光パルスレーザを用いてX線を発生させる場合にも適用することができる。 It should be noted that the method of the present invention may be pulse width applied to a case of generating X-rays using an ultrashort pulsed laser only femtoseconds from picoseconds. 超短光パルスレーザを用いると、短時間ではあるが極めて高い強度のエネルギを与えることができるので、ターゲット物質を効率よくプラズマ化し効率的なX線発生が可能である。 With ultrashort optical pulse laser, since a short time it can give energy there is a very high strength can be efficient X-ray generation and the target substance efficiently plasma is. また、超短光パルスレーザは幅の広いスペクトル特性を有するので、空間位相分布変化機構は効果的に作用する。 Further, since the ultrashort optical pulse laser having a broad spectral characteristic width, the spatial phase distribution changing mechanism effectively acts.
【0013】 [0013]
ここで、ターゲットに集光した位置におけるレーザビームの時間波形は、いくつかのピークを有するものが好ましく、特に2個のピークがあって、時間的に先行するピークがターゲットを予熱してプラズマを放出させ後続のピークでプラズマを加熱してX線を放出させるようにすると、先行パルスが予めターゲット表面にプラズマを生成することによって、後続の主パルスの吸収率を高め、また所定のX線を発生させる温度状態を維持する時間を長くするので、プラズマエネルギに対応する特性を持ったX線を効率的に発生させることができる。 Here, the time waveform of the laser beam at the position focused on the target, some preferably has a peak, in particular if there are two peaks, the plasma was preheated to the target peak temporally preceding When it is released by heating the plasma in subsequent peaks so as to emit X-rays, by the preceding pulse to generate a plasma in advance the target surface to enhance the absorption rate of the subsequent main pulse, also the predetermined X-ray since a longer time to maintain the temperature condition to be generated, it is possible to generate X-rays having a characteristic corresponding to the plasma energy efficiently.
【0014】 [0014]
なお、2個のピークの強度比と時間間隔がX線の発生量と大きな相関を有するので、これらをパラメータとしてレーザビームの空間位相分布状態を調整してX線発生量を制御することができる。 Since the intensity ratio and the time interval between two peaks having a large correlation with the amount of generated X-rays, it is possible to control the X-ray generation amount by adjusting the spatial phase distribution of the laser beam them as parameters .
このように、発生するX線とレーザビーム特性との相関関係にしたがって、ターゲットから発生するX線の波長特性を測定して空間位相分布変化機構にフィードバックすることにより、所定の波長におけるX線強度を自動的に制御することができる。 Thus, according to the correlation between the X-ray and laser beam characteristics generated by feeding back to the spatial phase distribution changing mechanism to measure the wavelength characteristics of X-rays generated from the target, X-ray intensity at a predetermined wavelength it can be automatically controlled.
【0015】 [0015]
また、上記課題を解決するため、本発明のX線発生装置は、レーザビーム伝送光学系中にレーザビームのスペクトルを光軸に垂直な方向に展開する機構とレーザビームの空間位相分布調整機構とレーザビームの収束機構を備え、ターゲット部に発生X線の強度を測定するX線測定装置を配設し、このX線測定装置によりX線の強度を測定し、その測定結果に基づいて空間位相分布調整機構によりレーザビームのスペクトル毎の実効的な光路長を調整することにより、ターゲットに集光した位置におけるレーザビームのパルス時間波形が複数のピークを持つ所定のパターンになり、かつX線強度が適正なものとなるように調整することを特徴とする。 In order to solve the above problems, X-rays generator of the present invention, the spatial phase distribution adjustment mechanism mechanism and the laser beam to expand the spectrum of the laser beam during laser beam transmitting optical system in a direction perpendicular to the optical axis comprising a gathering device of the laser beam, arranged an X-ray measuring device for measuring the intensity of the generated X-rays in the target portion, the intensity of the X-ray measured by the X-ray measuring apparatus, the spatial phase, based on the measurement result by adjusting the effective optical path length of each spectrum of the laser beam by the distribution adjustment mechanism, the pulse time waveform of the laser beam becomes a predetermined pattern having a plurality of peaks at the position focused on the target, and X-ray intensity and adjusting so that things proper.
【0016】 [0016]
本発明のX線発生装置は、X線の特性を測定した結果に基づき、推定して求めるターゲット位置における時間波形になるようにレーザビームの波面状態を調整するので、発生するX線の性状を望まれる最適な状態に制御することができる。 X-ray generator of the present invention is based on the result of measuring the characteristics of the X-rays, since adjusting the wavefront state of the laser beam such that the time waveform at the target position determined by estimating the properties of the X-ray generated it can be controlled to the optimum state is desired.
さらに、本発明のX線発生装置において、レーザビーム伝送光学系中にレーザビームの時間波形を測定する測定装置を配設し、レーザビームの波面状態をモニタして空間位相分布調整機構のレーザビーム調整方法を適正化することが好ましい。 Further, in the X-ray generator of the present invention, the laser beam of the laser beam a time waveform of the laser beam is arranged a measuring device for measuring in transmission optical system, the spatial phase distribution adjustment mechanism to monitor the wavefront state of the laser beam it is preferable to optimize the adjustment method.
【0017】 [0017]
なお、使用するレーザ光は超短光パルスレーザであってもよい。 The laser beam used may be ultrashort pulsed laser.
レーザビームのスペクトルを展開する機構は、超短光パルスレーザのチャープ増幅機構に用いるパルスストレッチャーまたはパルスコンプレッサで構成することができる。 Mechanism to expand the spectrum of the laser beam can be composed of a pulse stretcher or pulse compressor used in chirp amplification mechanism of the ultrashort optical pulse laser.
さらに、X線測定装置は、波長特性を測定するもので、測定結果から抽出した特定の波長におけるレーザ強度に基づいて空間位相分布調整機構を調整するように構成することが好ましい。 Furthermore, X-rays measurement device to measure the wavelength characteristic, it is preferably configured to adjust the spatial phase distribution adjustment mechanism based on the laser intensity at a particular wavelength which is extracted from the measurement results. X線の波長特性を測定することにより、X線発生装置に要求される特定波長のX線を選択的に制御することができる。 By measuring the wavelength characteristics of X-rays, it is possible to selectively control the X-ray of a specific wavelength required for X-ray generator.
【0018】 [0018]
なお、ターゲット位置におけるレーザの時間波形は、たとえば可変形鏡を用いた空間位相分布変化機構で、反射位置の表面に局所的に凹凸を形成して反射するレーザビームの光路長を変化させることにより調整することができる。 The time waveform of the laser at the target position, for example, in spatial phase distribution change mechanism using a deformable mirror, by changing the optical path length of the laser beam reflected by forming a locally uneven surface of the reflection position it can be adjusted. 可変形鏡表面の1mmの凹凸は約3psの時間変化を作り出す光路長変化に対応する。 1mm of irregularities of the deformable mirror surface corresponding to the optical path length change to produce a time change of about 3 ps. X線強度に対する影響は数fsの時間間隔から観察されているので、可変形鏡を用いることにより十分な作用効果がある。 The influence with respect to the X-ray intensity is observed from the time interval of a few fs, there is sufficient advantageous effects by using the deformable mirror.
【0019】 [0019]
また、液晶や音響光学素子など局所的に屈折率を変化させることができる光透過物質を用いて空間位相変化機構を構成することもできる。 It is also possible to configure the spatial phase change mechanism using a light transmission material capable of changing locally the refractive index, such as liquid crystal or acousto-optic device.
なお、ターゲットに集光した位置におけるレーザビームの時間波形は、特に2個のピークをもつもので、ピーク強度比あるいはピーク間隔を調整することにより、特定波長のX線発生量を制御することができる。 The time waveform of the laser beam at the position focused on the target, particularly those having two peaks, by adjusting the peak intensity ratio or peak spacing, it is possible to control the X-ray generating amount of a specific wavelength it can.
【0020】 [0020]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下実施例を用いて本発明を詳細に説明する。 The present invention will be described in detail with reference to the following examples.
図1は本実施例のX線発生装置の構成を示すブロック図、図2は本実施例に用いる空間位相分布調整機構の例を示す概念図、図5は集光位置におけるレーザビームの時間波形例を示す図面、図4は本実施例の装置における制御の流れを示したフロー図、図5は本実施例に用いる空間位相分布調整機構の別の例を示す概念図である。 Figure 1 is a block diagram showing a configuration of an X-ray generator of the present embodiment, schematic diagram showing an example of a spatial phase distribution adjusting mechanism used in the embodiment of FIG. 2, the time waveform of the laser beam in FIG. 5 is condensed position illustrates an example, FIG. 4 is a flow diagram showing the flow of control in the apparatus of this embodiment, FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating another example of a spatial phase distribution adjusting mechanism used in this embodiment.
【0021】 [0021]
本実施例のX線発生装置は、図1に示すように、超短光パルスレーザ発生装置1、空間位相分布調整機構3、反射鏡4、レンズ6、真空容器9内にセットされたターゲット7、X線分光器10、波形計測器12、データ処理装置13、制御装置14を備える。 X-ray generator of this embodiment, as shown in FIG. 1, ultrashort optical pulse laser generator 1, the spatial phase distribution adjustment mechanism 3, the reflecting mirror 4, lens 6, a target 7 which is set in the vacuum vessel 9 comprises X-ray spectrometer 10, a waveform measuring instrument 12, the data processing unit 13, a control unit 14.
超短光パルスレーザ発生装置1で発生するレーザビーム2を空間位相分布調整機構3で波面位相分布調整した後に、反射鏡4でレンズ6に投入して真空容器9内にセットされたターゲット7に集光させ、発生したプラズマからX線8を発生させる。 The laser beam 2 generated by the ultrashort optical pulse laser generator 1 after adjusting the wavefront phase distribution at the spatial phase distribution adjusting mechanism 3, a target 7 which is set in a vacuum container 9 was charged to the lens 6 by the reflecting mirror 4 It is condensed, generating X-rays 8 from the generated plasma.
【0022】 [0022]
真空容器9にはX線分光器10がX線利用に障碍にならないように設けられていて、発生したX線8のX線強度波長分布を測定する。 The vacuum vessel 9 provided so as X-ray spectrometer 10 does not become disabled in the X-ray use, measuring the X-ray intensity wavelength distribution of X-rays 8 that occurred.
また、反射鏡4は、レーザビームの一部を透過する性質を有し、透過したレーザ11はレーザビームの時間的な光強度変化を計測する波形計測器12に入射する。 The reflecting mirror 4 has a property of transmitting a portion of the laser beam, the laser 11 that has passed is incident on the waveform measuring instrument 12 for measuring a temporal change in light intensity of the laser beam.
【0023】 [0023]
空間位相分布調整機構3は、レーザビームを空間に展開して部分的に実効的光路長を変化させ、時間波形を所定のパターンに調整するものである。 Spatial phase distribution adjustment mechanism 3 is partially changed the effective optical path length by expanding the laser beam in space, it is to adjust the time waveform in a predetermined pattern.
図2に示す空間位相分布調整機構3は、1対の回折格子31,32の間に2枚の凸レンズ(コリメーションレンズ)または凹面鏡33,34を配置し、その凸レンズまたは凹面鏡の中間に空間周波数フィルターとなる液晶などの透過型光学素子35を挿入したものである。 Spatial phase distribution adjusting mechanism shown in FIG. 2. 3, the two convex lenses (collimation lens) or a concave mirror 33 is arranged between the diffraction gratings 31 and 32 of the pair, the spatial frequency filter in the middle of the convex lens or a concave mirror it is obtained by inserting a transmission type optical element 35 such as a liquid crystal to be.
入射する超短光パルスレーザを反射鏡36により回折格子31に案内し、回折格子31で変成されたビームを凸レンズ33で平行光束にすると、光軸に垂直な方向に波長にしたがって展開され波長成分が空間的に分布するいわゆるフーリエ面が形成される。 Ultra short optical pulse laser is guided to the diffraction grating 31 by the reflection mirror 36, when the parallel light beam the modified beam by the convex lens 33 at the diffraction grating 31, wavelength components are developed according to wavelength in a direction perpendicular to the optical axis incident There called Fourier plane distributed spatially is formed.
【0024】 [0024]
このフーリエ面に挿入された透過型光学素子35は、フーリエ面の部分毎に屈折率を変化させて実効的な光路長を変化させることにより、空間位相分布を調整する。 The Fourier plane transmissive optical element 35 inserted, by changing the effective optical path length by changing the refractive index in each part of the Fourier plane, adjusts the spatial phase distribution. たとえば液晶は、印加する電界により結晶状態が連続的に変化するので、区分毎の印加電圧を調整することにより光透過面の部分毎に光屈折率を調整することができる。 For example the liquid crystal is so applied to the crystalline state by an electric field is continuously changed, it is possible to adjust the optical refractive index in each portion of the light transmitting surface by adjusting the applied voltage for each segment.
空間位相分布調整機構3は、制御装置14から与えられる制御信号に従って、たとえば、長波長側の屈折率を小さく短波長側の屈折率を大きくして、部分毎の通過時間に差を与えると、レーザビームが時間的に2分され、一部のエネルギが先行し一部のエネルギが遅延するようになる。 The spatial phase distribution adjusting mechanism 3 in accordance with the control signal supplied from the controller 14, for example, by increasing the refractive index of the refractive index of the small short wavelength side of the long wavelength side, given the difference in transit time of each partial, laser beam temporally is 2 minutes, the energy of some part of the energy is preceded by the so delayed.
【0025】 [0025]
この光束は凸レンズで回折格子面に収束させ、再び細いレーザビームに合成されて反射鏡で入射ビームと同じ光軸上に射出され、収束レンズ6によりターゲット7に集光させる。 The light beam is converged to the diffraction grating surface of a convex lens, emitted on the same optical axis as the incident beam by the reflecting mirror are combined again thin laser beam, is focused on the target 7 by the convergent lens 6.
集光位置におけるレーザビームの時間波形は、図3に示すように、光強度値Psの先行パルスと先行パルスに対して時間bだけ遅延した光強度値Pmの主パルスとからなる。 The time waveform of the laser beam at the focusing position, as shown in FIG. 3, and a main pulse of light intensity values ​​Pm delayed by time b the prior pulse and the preceding pulse of light intensity values ​​Ps.
【0026】 [0026]
先行パルスはターゲット7の表面にプラズマを発生させ、主パルスのエネルギの吸収効率を向上させる。 Leading pulse generates a plasma on the surface of the target 7, to improve the absorption efficiency of the energy of the main pulse. また、1ショット分の超短光パルスレーザのエネルギが変わらないときに、先行パルスと主パルスに配分するエネルギを調整することにより、適正なプラズマ温度を保持する時間をより長くすることができる。 Further, when the energy of the ultrashort optical pulse laser of one shot is not changed, by adjusting the energy is distributed to the preceding pulse and the main pulse, it can be more time to hold a proper plasma temperature. また、両パルスの時間間隔bはX線の発生量に影響を与える。 Further, the time interval b of the two pulses affects the amount of generated X-ray.
したがって、X線分光器10により発生したX線の波長特性を計測し、データ処理装置13で必要とする波長のX線の強度を算定した結果に基づいて、制御装置14で先行パルスの光強度値Psと主パルスの光強度値Pmの比率やパルスの時間間隔bを調整することにより、X線の波長成分や強度を自動的に制御することができる。 Thus, by measuring the wavelength characteristics of X-rays generated by the X-ray spectrometer 10, based on the result of calculating the intensity of X-rays of a wavelength required by the data processing unit 13, the light intensity of the preceding pulse in the control unit 14 by adjusting the time interval b of the values ​​Ps and the ratio and the pulse of light intensity values ​​Pm of the main pulse, it can be automatically controlled wavelength component and the intensity of X-ray.
【0027】 [0027]
本実施例のX線発生装置における制御手順を図4に概略的に示す。 A control procedure in the X-ray generator of the present embodiment is shown schematically in FIG.
X線分光器10が、発生したX線8のX線強度波長分布を測定し、測定結果はデータ処理装置13に送信される(S1)。 X-ray spectrometer 10 measures the X-ray intensity wavelength distribution of X-rays 8 that occurred, the measurement results are transmitted to the data processing unit 13 (S1). データ処理装置13は、X線強度分布の測定結果に基づいて所定の波長における強度など目的に対応したX線スペクトルの評価をする(S2)。 The data processing unit 13, the evaluation of the X-ray spectrum corresponding to the purpose such as strength at a predetermined wavelength based on a measurement result of X-ray intensity distribution (S2). さらに、評価結果に基づいて制御パラメータの変動させるべき量を算定して、制御装置14に指示信号を供給し(S3)、制御装置14が空間位相分布調整機構3における液晶などの透過型光学素子35を作動させてフーリエ面の部分毎に光路長を変化させレーザビーム波の位相を調整することにより(S4)、レーザビームが集光するターゲット7表面における時間波形を調整し、ターゲット7の表面に発生するプラズマから放出されるX線の波長分布が望ましいパターンになるようにする。 Further, by calculating the amount to vary the control parameters based on the evaluation result, and supplies an instruction signal to the controller 14 (S3), a transmission type optical element of the control device 14 such as a liquid crystal in the spatial phase distribution adjusting mechanism 3 35 is operated to be by adjusting the phase of the laser beam wave by changing the optical path length for each part of the Fourier plane (S4), the laser beam is adjusted time waveform in the target 7 surface for focusing, the surface of the target 7 wavelength distribution of the X rays emitted from the plasma generated is made to be the desired pattern.
【0028】 [0028]
また、波形計測器12は、光学素子35でレーザビームの時間波形を調整した結果を測定し、計測結果をデータ処理装置13に与える(S5)。 The waveform measuring instrument 12, the result of adjusting the time waveform of the laser beam was measured by an optical element 35, it gives the measurement result to the data processing unit 13 (S5).
データ処理装置13は、X線スペクトルの測定結果とレーザビームの時間波形計測結果を突き合わせることにより、必要なX線特性を得るために適当なレーザビームの時間波形を判定し、上記手順S3における制御装置14に対する指示信号を生成する(S6)。 The data processing unit 13, by matching the time waveform measurement result of the measurement results of X-ray spectrum and the laser beam, to determine the time waveform of suitable laser beam in order to obtain the required X-ray characteristics, the above procedure S3 It generates an indication signal to the control unit 14 (S6).
【0029】 [0029]
本実施例のレーザプラズマX線発生装置は、フーリエ面に周波数展開したレーザビームの部分毎に実効的な光路長を変化させて、再収束したときにレーザビームの時間波形が先行パルスと主パルスを有するように調整して、ターゲットに予めプラズマを発生させて効率よくX線を発生させることができる。 Laser plasma X-ray generating apparatus of this embodiment, by changing the effective optical path length for each part of the laser beam frequency deployed at the Fourier plane, the time waveform of the laser beam when refocusing is leading pulse and a main pulse and adjusted to have, by generating beforehand plasma to the target can be efficiently generated X-ray. しかも、X線特性と発生量を支配する先行パルスと主パルスの光強度比と時間間隔を容易に調整することができるので、X線分光器による測定結果をフィードバックして自動的にX線出力制御を行うことができる。 Moreover, since the preceding pulse and the light intensity ratio and time interval in the main pulse which governs the X-ray characteristics and the generation amount can be easily adjusted, automatically X-ray output by feeding back the measurement results obtained by X-ray spectrometer control can be performed.
【0030】 [0030]
したがって、たとえばX線を利用するために必要なある特定の波長におけるX線強度を検出して、これが最大になるように調整することができる。 Thus, for example, by detecting the X-ray intensity at a particular wavelength necessary to use an X-ray, which can be adjusted to maximize.
なお、空間位相分布調整機構3で調整した状態は波形計測器12により確認することができる。 The state adjusted by the spatial phase distribution adjusting mechanism 3 can be confirmed by the waveform measuring instrument 12. レーザビームの時間波形の測定結果はX線強度との関連性を解析して、パルス時間間隔やパルス強度比を最適にするために利用する。 Measurement results of the time waveform of the laser beam by analyzing the relationship between X-ray intensity, is used to optimize the pulse time interval and pulse intensity ratio.
さらに、たとえばパルス時間間隔をパラメータとして順次走査する制御系を用いて、最適なパルス強度比を自動的に探索することも可能である。 Furthermore, for example, using a control system for sequentially scanning the pulse time interval as a parameter, it is also possible to automatically search for the optimum pulse strength ratio.
【0031】 [0031]
なお、本実施例のX線発生装置は、ターゲットの材質や形状あるいは表面加工状態が異なっても、同様の手順でレーザ集光ビームの空間強度分布を最適化して目的のX線の強度調整を行うことができる。 Incidentally, the X-ray generating apparatus of this embodiment, even if different materials and shapes or surface processing state of the target, the intensity adjustment object of X-ray to optimize the spatial intensity distribution of the laser beam focused by the same procedure It can be carried out.
また、本実施例では超短光パルスレーザを使用したが、他のレーザ光を利用する場合においても全く同じ機構を適用することができることはいうまでもない。 Further, in the present embodiment was used ultrashort optical pulse laser, it is needless to say that can be applied to exactly the same mechanism even in the case of using the other laser beam.
さらに、本実施例の説明では、レーザビームを回折格子でフーリエ面に拡げて空間位相分布の調整を行ったが、単に光束を拡幅したものに対して空間位相分布調整を行ってもよい。 Furthermore, in the description of this embodiment has been adjusted in the spatial phase distribution of the laser beam is spread in the Fourier plane in the diffraction grating, it may simply be carried out spatial phase distribution adjustment to those widening the light beam.
【0032】 [0032]
図5は、本実施例において、透過型光学素子に代えて可変形鏡からなる反射光学系を利用した空間位相分布調整機構3の例を説明するブロック図である。 5, in this embodiment, is a block diagram illustrating an example of a spatial phase distribution adjusting mechanism 3 which uses a reflective optical system comprising deformable mirror in place of the transmission type optical element.
可変形鏡は、たとえば薄い石英板の表面に反射コーティングを施した反射鏡板の裏に積層ピエゾ素子をアレイ状にならべて、各ピエゾ素子に加える電圧を調整し電歪効果を用いて鏡面を任意に変形させるようにしたものである。 Deformable mirror, for example, thin layered piezoelectric element on the back of the reflector end plate subjected to reflective coating on the surface of the quartz plate side by side in an array, any mirror using an electrostriction effect by adjusting the voltage applied to each piezoelectric element it is obtained so as to deform. なお、これ以外にもバイモルフ型やメンブレン型などの可変形鏡がある。 Incidentally, there is a deformable mirror such as a bimorph type or membrane type other than this.
反射面の凹凸を調整することにより実効的な光路長を変化させてターゲットに到達する時間を調整することができる。 Varying the effective optical path length by adjusting the unevenness of the reflection surface can adjust the time to reach the target.
反射光学系を使用すると、よりエネルギの強いレーザ光を扱うことができる。 With reflective optics, it can handle more intense laser beam of energy.
【0033】 [0033]
可変形鏡を用いた空間位相分布調整機構3は、図に示すように、超短光パルスレーザは反射鏡46により回折格子41に導入され凸レンズ43で光軸に垂直な方向に周波数分解された平行光束となって可変形鏡45に入射する。 Spatial phase distribution adjusting mechanism 3 using the deformable mirror, as shown in FIG, ultrashort optical pulse laser is frequency-decomposed in a direction perpendicular to the optical axis of a convex lens 43 is introduced to the diffraction grating 41 by the reflecting mirror 46 become a parallel light flux incident on the deformable mirror 45.
可変形鏡45の表面形状は制御装置14により部分毎に任意に調整をして、たとえば図中の左側部分を突出させ右側部分を後退させた段付き形状などに形成される。 The surface shape of the deformable mirror 45 by optionally adjusted for each portion by the control unit 14, is formed like a stepped shape obtained by retracting the right part for example by protruding a left part of FIG. 可変形鏡表面の1mmの凹凸は約6psの時間変化を作り出す光路長変化に相当する。 1mm of irregularities of the deformable mirror surface corresponds to the optical path length change to produce a time variation of about 6 ps.
可変形鏡45で反射した平行光束は、凸レンズ44で回折格子面42に収束され、反射鏡47により元の光軸を持ったレーザビームとしてターゲット表面にレーザを集光する収束レンズの方向に放出される。 The parallel light flux reflected by the deformable mirror 45 is converged to the diffraction grating surface 42 with a convex lens 44, the reflecting mirror 47 release in the direction of the converging lens for converging the laser on the target surface as a laser beam having the original optical axis It is.
【0034】 [0034]
突出させた表面で反射する光線と後退した表面で反射する光線とでは光路長が異なるので、反射鏡47から放出されターゲットに照射されるレーザビームは2個のピークを持った時間波形を有することになる。 Since the optical path length between light rays reflected by the light and a retracted surface reflected by protruded allowed surface are different, the laser beam irradiated to the target are emitted from the reflecting mirror 47 having a time waveform having two peaks become.
X線強度に対する影響は数fsの時間間隔から観察されているので、可変形鏡を用いることにより十分な作用効果がある。 The influence with respect to the X-ray intensity is observed from the time interval of a few fs, there is sufficient advantageous effects by using the deformable mirror.
なお、可変形鏡の表面形状は任意に選択できるので、レーザビームの時間波形にピーク毎の強度やピーク間の時間間隔を調整したり、複数のピークを持たせたりすることができる。 The surface shape of the deformable mirror is so arbitrarily selected, or adjust the time interval between the strength and the peak of each peak in the time waveform of the laser beam, or can to have a plurality of peaks.
【0035】 [0035]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
本発明のX線発生装置またはX線発生方法を用いれば、レーザによりプラズマを発生してX線を放出させる場合に、X線の強度調整をすることができ、特に特定波長のX線の強度を選択的に調整することができる。 Using the X-ray generator or X-ray generating method of the present invention, the strength of the case for releasing X-rays by generating a plasma by the laser, it is possible to the intensity adjustment of the X-ray, in particular X-ray of a specific wavelength it can be selectively adjusted.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明の実施例におけるX線発生装置の構成を示すブロック図である。 1 is a block diagram showing a configuration of an X-ray generating apparatus in an embodiment of the present invention.
【図2】本実施例に用いる空間位相分布調整機構の例を示す概念図である。 It is a conceptual diagram showing an example of a spatial phase distribution adjusting mechanism used in the Figure 2 embodiment.
【図3】本実施例の装置における集光位置におけるレーザビームの時間波形例を示す図面である。 It illustrates a time waveform of the laser beam at the focusing position in Figure 3. The apparatus of the present embodiment.
【図4】本実施例の装置における制御の流れを示したフロー図である。 4 is a flowchart showing a flow of control in the apparatus of the present embodiment.
【図5】本実施例に用いる空間位相分布調整機構の別の例を示す概念図である。 5 is a conceptual diagram illustrating another example of a spatial phase distribution adjusting mechanism used in this embodiment.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
1 超短光パルスレーザ発生装置2,5,11 レーザビーム3 空間位相分布調整機構4 反射鏡6 凸レンズまたは凹面鏡7 ターゲット8 X線9 真空容器10 X線分光器12 波形計測器13 データ処理装置14 制御装置31,32 回折格子33,34 凸レンズまたは凹面鏡35 空間周波数フィルターである透過型光学素子36,37 反射鏡41,42 回折格子43,44 凸レンズまたは凹面鏡45 可変形鏡46,47 反射鏡 1 ultrashort optical pulse laser generator 2, 5, 11 laser beams 3 spatial phase distribution adjustment mechanism 4 reflector 6 convex lens or concave mirror 7 target 8 X-ray 9 vacuum vessel 10 X-ray spectrometer 12 waveform measuring instrument 13 the data processor 14 control devices 31, 32 the diffraction grating 33, 34 transmissive optical element 36 reflecting mirrors 41 and 42 grating 43 lens or concave mirror 45 deformable mirror 46, 47 reflecting mirror is a convex lens or concave mirror 35 spatial frequency filter

Claims (17)

  1. レーザビームをターゲットに集光照射してX線を発生させるX線発生装置において、スペクトルがレーザビームの伝送路中で光軸に垂直な方向に広がりフーリエ面を形成する光束の部分毎に実効的な光路長を変化させて空間位相分布を調整して前記ターゲットに集光した位置における該レーザビームのパルス時間波形を所定のパターンに整形し、前記調整後のレーザビームを収束してターゲットに集光する方法であって、発生するX線の強度特性を測定し、該測定結果に基づいてX線強度が適正なものとなるように該レーザビームのパルス時間波形を調整することを特徴とするX線発生方法。 In X-ray generator for generating X-ray laser beam is irradiated condensing on the target, the effective every part of the light flux spectrum to form a Fourier plane spreading in the direction perpendicular to the optical axis in a transmission path of the laser beam such an optical path length by changing the pulse time waveform of the laser beam is shaped into a predetermined pattern in position focused on the target by adjusting the spatial phase distribution, collecting the target converging the laser beam after the adjustment a method of light to measure the strength properties of the X-rays generated, characterized in that the X-ray intensity is adjusted the laser beam pulse time waveform so as appropriate based on the measurement result X-ray generating method.
  2. さらに前記空間位相調整後のレーザビームの波面状態をモニタして前記レーザビームの時間波形調整状況を確認できるようにすることを特徴とする請求項1記載のX線発生方法。 X-ray generating method according to claim 1, characterized in that to further the can confirm a time waveform adjusting conditions of the spatial phase adjustment after the laser beam the laser beam by monitoring the wavefront state of.
  3. 前記フーリエ面を形成する光束は、スペクトル分解光学素子により形成されることを特徴とする請求項1または2記載のX線発生方法。 The light beam forming the Fourier plane, X-rays generating method according to claim 1 or 2 wherein, characterized in that it is formed by the spectral separation optical element.
  4. 前記測定するX線の強度特性は波長特性を含み、特定の波長におけるX線強度の計測値に基づいて、前記パルス時間波形の調整を行うことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のX線発生方法。 Said include strength properties wavelength characteristics of X-rays to be measured, based on the measurement values ​​of X-ray intensity at a particular wavelength, in any one of claims 1 to 3, characterized in that the adjustment of the pulse time waveform X-ray generating method as claimed.
  5. 前記レーザ光に超短光パルスレーザを使用することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のX線発生方法。 X-ray generating method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the use of ultrashort pulsed laser to said laser beam.
  6. 前記ターゲットに集光した位置におけるレーザビームのパルス時間波形パターンが複数のピークを持つものであることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のX線発生方法。 X-ray generating method according to any one of claims 1 to 5, pulse time waveform pattern of the laser beam at the position focused on the target is characterized in that having a plurality of peaks.
  7. 前記パルス時間波形が2個のピークを持ち、先行するパルスと後続のパルスの強度比と時間間隔をパラメータとしてレーザビームの空間位相分布を調整することを特徴とする請求項6記載のX線発生方法。 The pulse time waveform has two peaks, the preceding pulse and the subsequent pulse intensity ratio and a time interval as a parameter the laser beam of the spatial phase distribution and adjusting the claims 6 X-ray generator according Method.
  8. レーザビームをターゲットに照射してX線を発生させるX線発生装置において、レーザビーム伝送光学系中でレーザビームのスペクトルを光軸に垂直な方向に分解する機構とレーザビームの空間位相分布調整機構とレーザビームの収束機構を備え、ターゲット部に発生X線の強度を測定するX線測定装置を配設し、該X線測定装置によりX線の強度を測定し、該測定結果に基づいて前記空間位相分布調整機構により前記光束の部分毎に実効的な光路長を調整して、前記ターゲットに集光した位置におけるレーザビームのパルス時間波形が複数のピークを持つ所定のパターンになり、かつX線強度が適正なものとなるように調整することを特徴とするX線発生装置。 In X-ray generator for by irradiating a laser beam onto a target to generate X-rays, a laser beam transmission decomposing mechanism in a direction perpendicular to the optical axis of the spectrum of the laser beam in the optical system in the laser beam spatial phase distribution adjustment mechanism and includes a convergence mechanism of the laser beam, it arranged an X-ray measuring device for measuring the intensity of the generated X-rays in the target portion, by measuring the intensity of the X-ray by the X-ray measuring apparatus, on the basis of the result of the measurement adjust the effective optical path length for each portion of the light beam by the spatial phase distribution adjustment mechanism, the pulse time waveform of the laser beam at the position focused on the target is in a predetermined pattern having a plurality of peaks, and X X-ray generator, wherein the line strength is adjusted to be as appropriate.
  9. さらに、前記空間位相分布調整機構を通過した位置にレーザビームのパルス波形を測定する測定装置を配設し、該レーザビームのパルス時間波形をモニタして前記空間位相分布調整機構の調整状態を適正化することを特徴とする請求項8記載のX線発生装置。 Furthermore, arranged a measuring device for measuring the pulse waveform of the laser beam at a position passing through the spatial phase distribution adjustment mechanism, proper adjustment state of the spatial phase distribution adjustment mechanism monitors the pulse time waveform of the laser beam X-ray generator according to claim 8, characterized in that reduction.
  10. 前記レーザビームのスペクトルを分解する機構は、スペクトル分解光学素子によりレーザビーム伝送光学系中にレーザビームのスペクトルを分解して空間に展開することを特徴とする請求項8または9記載のX線発生装置。 Mechanism decompose the spectrum of the laser beam, X-rays according to claim 8, wherein deploying the spectral separation optical element in the laser beam delivery optics to space by decomposing the spectrum of the laser beam Generator.
  11. 前記スペクトル分解光学素子は、回折格子またはプリズムであることを特徴とする請求項10記載のX線発生装置。 The spectral separation optical element, X-rays generating apparatus according to claim 10, characterized in that a diffraction grating or a prism.
  12. 前記レーザビームのスペクトルを展開する機構が、超短光パルスレーザのチャープ増幅機構に用いるパルスストレッチャーまたはパルスコンプレッサで構成されることを特徴とする請求項10 または11記載のX線発生装置。 The laser beam mechanism to deploy the spectrum of, X-rays generator of claim 10 or 11, wherein that it is constituted by a pulse stretcher or pulse compressor used in chirp amplification mechanism of the ultrashort optical pulse laser.
  13. 前記レーザ光が超短光パルスレーザであることを特徴とする請求項8から12のいずれかに記載のX線発生装置。 X-ray generator according to any one of 12 claims 8, wherein the laser light is ultrashort pulsed laser.
  14. 前記X線測定装置は、波長特性を測定することができるもので、特定の波長におけるレーザ強度に基づいて前記空間位相分布調整機構を調整することを特徴とする請求項8から13のいずれかに記載のX線発生装置。 The X-ray measuring apparatus, as it can measure the wavelength characteristics to claim 8 13, characterized by adjusting the spatial phase distribution adjustment mechanism based on the laser intensity at a particular wavelength X-ray generator according.
  15. 前記空間位相分布調整機構は、可変形鏡を備えてレーザビーム入射位置毎に反射面の凹凸を局所的に調整してレーザビームの実効的な光路長を制御することを特徴とする請求項8から14のいずれかに記載のX線発生装置。 The spatial phase distribution adjustment mechanism, according to claim, characterized in that controlling the effective optical path length of the laser beam to locally adjust unevenness of the reflecting surface for each laser beam incident position comprises a deformable mirror 8 14 X-ray generator according to any one of.
  16. 前記空間位相分布調整機構は、局所的に屈折率を調整することができる透過型光学素子を用いてレーザビームの実効的な光路長を制御することを特徴とする請求項8から14のいずれかに記載のX線発生装置。 The spatial phase distribution adjustment mechanism, either one of claims 8, characterized in that controlling the effective optical path length of the laser beam by using a transmission type optical element which can be adjusted locally the refractive index 14 of the X-ray generator according to.
  17. 前記パルス時間波形が2個のピークを持ち、先行するパルスと後続のパルスの強度比と時間間隔をパラメータとしてレーザビームの空間位相分布を調整することを特徴とする請求項8から16のいずれかに記載のX線発生装置。 Having the pulse time waveform of two peaks, one adjusting the spatial phase distribution of the laser beam preceding pulse and the intensity ratio and time interval of the subsequent pulse as a parameter from claim 8, wherein the 16 X-ray generator according to.
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