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本研究では、EUVおよび軟X線光源用レーザー生成プラズマ(LPP)の診断手法の開発を目的としている。これまで我々は、協同的トムソン散乱のイオン項を計測することで、EUV光源用プラズマの診断を達成した。しかし、更に波長が短い軟X線光源用プラズマでは、イオン項のみの計測では不十分である。そこで、イオン項に加えて電子項を同時に計測することで、軟X線光源用プラズマの診断手法の確立を目指した。
まず比較的計測が容易なHeのLPPにて同時計測を行った。これにより、イオン項と電子項の同時計測が可能であることを確認した。次に、イオン項の計測実績があり、EUV光源にも用いられているSnをターゲットとしたLPPを対象に計測実験をおこなった。
Snプラズマのイオン項計測の最大の障害が、ターゲット表面で反射した迷光であるのに対して、電子項計測の最大の障害はプラズマからの自発光である。イオン項に比べて信号強度が遥かに弱い電子項は、プラズマからの自発光によって容易に覆い隠されてしまうためである。また、イオン項が現れる波長域は中心波長から0.1-0.3 nm程度であるのに対して、電子項は10-20 nmと大幅に異なっている。そこで、イオン項・電子項それぞれの計測に適した分光器を開発して計測に臨んだ。イオン項はピークの間隔が広がるよう、散乱角は135°とした。一方電子項は、ピークの信号強度が大きくなるよう散乱角は45°とした。さらに、自発光と電子項の偏光特性の違いを利用することで、S/N比の改善を試みた。
開発した診断システムを用いて、同時計測実験を行なった。その結果、EUV光源用プラズマに必要なパラメータの範囲で、イオン項・電子項の同時計測を達成した。また、光源プラズマの最適化に重要なパラメータを、イオン項・電子項の同時計測によって決定できることが示された。
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