高次高調波による軟X線領域での強光子場の発生

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14077222
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 緑川 克美 独立行政法人理化学研究所, レーザー物理工学研究室, 主任研究員 (40166070)
• 研究分担者: 永田 豊 独立行政法人理化学研究所, レーザー物理工学研究室, 研究員 (50311353) ; 岡村 秀樹 独立行政法人理化学研究所, レーザー物理工学研究室, 先任研究員 (60270592) ; 須田 亮 独立行政法人理化学研究所, レーザー物理工学研究室, 副主任研究員 (80250108) ; 高橋 栄治 独立行政法人理化学研究所, レーザー物理工学研究室, 基礎科学特別研究員 (80360577) ; 鍋川 康夫 独立行政法人理化学研究所, レーザー物理工学研究室, 研究員 (90344051)
• キーワード: 量子エレクトロニクス / 非線形光学 / 超短パルスレーザー / 強光子場 / コヒーレントX線 / X線非線形光学 / フェムト秒レーザー / 多光子過程

研究概要

我々の開発した高次高調波の高出力化の方式を本年度は、Neに当てはめて13nm領域での高出力コヒーレント軟X線の発生を行った。その結果、50mJの励起入力エネルギーに対して、波長13.5nm(59次)において25nJが得られた。我々の開発した高次高調波発生装置は、13nm領域の標準光源としてリソグラフィー装置の光学系の計測やアライメント等にも有用であると考えられる。
高出力化に伴い大きな問題となるのは、同軸上に出てくる強力な励起レーザー光の存在である。高調波の発生効率は、10^<-6>程度であるから同軸上に出てくる基本波の強度は、約10^6倍もある。高調波の大きな特徴である超短パルス性を損なわずに分離するためには、回折格子のような分散素子を用いることはできない。この問題を解決するために、我々は、新たにSiおよびSiC等の高屈折材料を利用した新しいビーム分離法を考案した。本ビームスプリッターの有効性を実証するための実験を開発した高調波発生装置を用いて行った。この時、測定された1枚あたりの励起光の減衰比は、それぞれ10^<-4>および6x10^<-5>であった。高次高調波の変換効率が10^<-6>程度であることを考慮すると、2枚組み合わせて使用することにより励起光は高調波光の100分の1以下まで減衰させることができる。このときビームスプリッター上での励起光強度は、0.8TW/cm^2(平均パワー密度で0.25W/cm^2)であったが、数時間の連続照射でも表面状態の劣化等は見られたかった。

研究成果

• [文献書誌] H.Mashiko: "All-reflective interferometric autocorrelator for the measurement of ultrashort optical pulses"Appliel Physics B : Lasers and Optics. 76・5. 525 (2003)
• [文献書誌] V.Tosa: "Generation of high-order harmonics in a self-guided beam"Physical Review A. 67・6. 063817 (2003)
• [文献書誌] E.Takahashi: "Experimental and theoretical analysis of a correlation between pump pulse propagation and harmonic yield in a long interaction medium"Physical Review A. 68・2. 023808 (2003)
• [文献書誌] Y.Nabekawa: "High-order pulse front tilt caused by high-order angular dispersion"Optics Express. 11・25. 3365 (2003)
• [文献書誌] E.Takahashi: "Low-divergence coherent soft x-ray source at 13 nm by high-order harmonics""Applied Physics Letters. 84・1. 4 (2004)
• [文献書誌] 緑川 克美: "高次高調波による超高速コヒーレント軟X線光源とその応用"応用物理. 73・2. 167 (2004)