低励起光入力軟Ｘ線レーザ
中野 秀俊、陸 祥培、西川 正、上杉 直
量子物性研究部
単色性、高輝度性、高い指向性を有する軟Ｘ線レーザは、Ｘ線微細加工、局所化学反応、光電子分光、Ｘ線顕微鏡、Ｘ線ホログラフィなどへの応用が期待される。従来、Ｘ線レーザ研究には高強度励起のために超大型励起レーザが必要とされ、重要な役割を果たしてきた。しかし、幅広い応用のためには、Ｘ線レーザの小型化、高繰り返し化が必要である。近年の高ピーク強度を低エネルギーで実現可能な超短パルスレーザ技術の著しい進歩に伴って、テーブルトップサイズレーザ励起による小型Ｘ線レーザ研究が活発化している。特に、超短パルスレーザ光の強力な電界で原子を直接イオン化する光電界イオン化（OFI）過程は、小型レーザによる反転分布形成に重要な手法である。我々は、フェムト秒レーザを励起光源とし、OFI法により２価窒素イオン（N2+）中に反転分布を形成し、波長45.2nmにおける軟Ｘ線増幅を僅か25mJの励起光エネルギーで実現した[1]。
実験は、テーブルトップフェムト秒チタンサファイアレーザを使用して行った。100fs、790nmのレーザ光はMgF2ウィンドウを通過し、真空槽に導かれ、MgF2レンズ(f
=400mm)により差動排気された窒素充填ガスセルに集光される。プラズマは、レーザ光の進行方向に沿い、線状に形成される。図１に1Torrに充填した窒素をエネルギー25mJのレーザパルスで励起したときの軸方向での発光スペクトルを示す。この図から、プラズマ長の拡大に伴い、２価窒素イオンのレーザ遷移であるN2+
2s-3p遷移に伴う45.2nmの発光線が支配的となることがわかる。発光線強度のプラズマ長依存性を図２に示す。この結果から、45.2nmでの小信号利得ならびに利得長積は、それぞれ9.6cm-1、3.84と見積もられる。
図１：線状の窒素プラズマからの軸方向への軟Ｘ線発光スペクトル（Ｌ：プラズマ長）
図２：ホウ素様窒素イオン（N2+）からの発光線強度のプラズマ長依存性
[1] P.Lu, H.Nakano, T.Nishikawa, and N.Uesugi, LASERS'98 FC-8 (1998)
図１：線状の窒素プラズマからの軸方向への軟Ｘ線発光スペクトル（Ｌ：プラズマ長）
図２：ホウ素様窒素イオン（N2+）からの発光線強度のプラズマ長依存性
