(57)【要約】【課題】パルスレーザー照射によるプラズマＸ線源では、Ｘ線増幅媒質中での利得時間が短いため、折り返し増幅のＸ線往復回数は数回に制限されてフレネル数低減に限界がある。【解決手段】第一ターゲットに外部からＸ線レーザー発振用パルスレーザー光を照射し、このターゲットから空間コヒーレントの悪いＸ線レーザーパルスを発生させ、これを第二ターゲットに導入し、第二ターゲットに、第一ターゲットからのＸ線レーザーパルスが通過するタイミングで、別の線状プラズマ生成用パルスレーザー光を線集光させて照射することにより、増幅され、且つ空間コヒーレンスが改善されたＸ線レーザーを発振させることを特徴とする、レーザー生成プラズマを用いてＸ線レーザーの強度増幅と空間コヒーレンス改善をおこなう方法。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー生成プラズマに外部からＸ線を導入し、その強度増強と空間コヒーレンス改善をおこなう方法。
【請求項２】
第一ターゲットに外部からＸ線レーザー発振用パルスレーザー光を照射し、このターゲットから空間コヒーレントの悪いＸ線レーザーパルスを発生させ、これを第二ターゲットに導入し、第二ターゲットに、第一ターゲットからのＸ線レーザーパルスが通過するタイミングで、別の線状プラズマ生成用パルスレーザー光を線集光させて照射することにより、増幅され、且つ空間コヒーレンスが改善されたＸ線レーザーを発振させることを特徴とする、レーザー生成プラズマを用いてＸ線レーザーの強度増幅と空間コヒーレンス改善をおこなう方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線の強度増幅と空間コヒーレンス（可干渉性）改善に関するものであって、パルスレーザー光を金属やガスなどに線集光して線状プラズマを形成し、そこに外部からＸ線を種光として導入することによって、Ｘ線の強度増幅と空間コヒーレンス改善を同時に行うことを特徴とする。
【０００２】
【従来の技術】
現在一般に、空間コヒーレンスの高いＸ線は、大強度のパルスレーザー光（励起レーザー）を金属やガスなどのターゲットに照射し、それにより生成したプラズマ（Ｘ線増幅媒質）中に生じる利得領域を自然放出Ｘ線が伝搬・増幅することよって得られている。しかしＸ線の空間コヒーレンスを上げるためには、増幅媒質中に非常に狭い利得領域で且つ長い利得領域長さ（低いフレネル数）を必要とし、さらに利得領域内のＸ線増幅媒質の空間的な均一性を上げる必要がある。
【０００３】
ところが高空間コヒーレンスＸ線を得るために必要十分な利得領域をレーザープラズマ中に生成するためには、ナノ秒以下という非常に短い時間内に数十Ｊという非常に大きなエネルギーをターゲットに与える必要があるため、励起レーザー施設が巨大化してしまう。またＸ線の増幅及び空間コヒーレンス特性はＸ線増幅媒質の空間的な均一性に多大な影響を受けるため、Ｘ線増幅媒体を生成するための励起レーザー光強度の空間的な均一性に十分に注意を払う必要がある。
【０００４】
現在世界各国で行われている高指向性Ｘ線発生実験での現状の典型的利得領域は、直径が約５０μｍ、利得長が６ｍｍ〜３ｃｍ程度と非常に小さい。このため、実効的にフレネル数を下げるために多層膜ミラーを用いた折り返し増幅や、励起レーザー照射強度の均一性を確保するために、マスクを使って励起レーザー光の均一に近い強度部分のみを取り出してターゲットに線集光する方法などが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
パルスレーザー照射によるプラズマＸ線源では、Ｘ線増幅媒質中での利得時間が短いため、折り返し増幅のＸ線往復回数は数回に制限されてフレネル数低減に限界がある。
【０００６】
またプラズマ中の増幅利得が発生する領域に急峻な電子密度勾配があれば、Ｘ線が伝搬位置に依存した屈折を受け、空間コヒーレンスが下がってしまうという問題がある。本発明では、これらの欠点を除いて、Ｘ線を増幅しさらに空間コヒーレンスを改善するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
高コヒーレンスＸ線を得るために、Ｘ線発振器と空間フィルターを組み合わせた構成にする。レーザープラズマＸ線源やＸ線レーザーなどのＸ線発振器からのＸ線を、パルスレーザーを線状にターゲットに照射して形成した線状プラズマに導入し、プラズマ中に生じた狭い利得領域を空間フィルター及び増幅媒質として使って、外部から入射したＸ線の増幅及び空間コヒーレンスの改善を同時に行うものである。
【０００８】
外部からの導入Ｘ線の増幅及び空間コヒーレント改善に用いられるターゲット物質は、銀、サマリウム、Ｘｅガスなど、そのプラズマが外部導入Ｘ線の波長に利得を持つ物質であれば固体・液体・気体ともに制限はない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明における方法を実施するための装置構造、及びそれによって達成されたコヒーレンスにおける改善を図に基づいて説明すると次のとおりである。
【００１０】
図１は、Ｘ線発振器にＸ線レーザーを用いた高空間コヒーレンスＸ線発生の原理図である。第１ターゲットから発振したコヒーレンスの低いＸ線レーザーパルス光の一部を、第２ターゲット上の線状プラズマに導入することにより増幅され、且つ狭く絞られて空間コヒーレンスが改善されたＸ線パルスが得られることを示している。
【００１１】
図２は、発生したＸ線のＦａｒ　Ｆｉｅｌｄイメージの概略図である。Ｆａｒ　Ｆｉｅｌｄイメージとは、Ｘ線源から遠く離れた地点でのＸ線の空間的広がりのことであり、これを測定することによりＸ線の広がり角などのＸ線源の質に関する情報を得ることが出来る。通常はＸ線源から離れた地点に写真フィルムやＣＣＤなどの二次元イメージング装置を置いて、Ｘ線源から遠距離でのＸ線強度空間分布を測定する。空間コヒーレンスが悪いと、Ｘ線はどんどん空間的に広がってしまい、コヒーレンス性を持つ光の特徴である光の干渉性が無くなってしまう。
【００１２】
図３は、第１ターゲットで発生したＸ線レーザーパルス光のＦａｒ　Ｆｉｅｌｄイメージであり、図４は、ダブルターゲット実験によって空間コヒーレンスのあがったＸ線パルスのＦａｒ　Ｆｉｅｌｄイメージであり、そして図５は、ダブルターゲットからのＸ線レーザーパルスがダブルスリットを通過して生じた干渉縞パターンを示す図である。
【００１３】
図６は、その干渉縞の谷の深さから計算されるコヒーレンス度指標であるＶｉｓｉｂｉｌｉｔｙ（ビジビリティ：干渉縞のコントラスト）値計算結果である。レーザー光に代表されるコヒーレンス性を持つ光は、二つのスリットを通過するとそれぞれで回折をうけて遠距離に干渉縞を作る。コヒーレンスが悪いと干渉性が良くないため干渉縞の谷間が浅く縞構造が明確にならないが、コヒーレンス性が向上するにつれて谷間が深くシャープになっていく。図５、図６を見れば分かるように、非常にシャープな干渉縞が得られており、空間コヒーレンスが非常に高いことが分かる。
【００１４】
上記ダブルスリットの構造は、図７に示されるとおり、厚さ２０〜３０μｍのニッケル製薄板の中心付近に幅２０μｍ、長さ２ｍｍ程度の細長いスリット穴が種々の間隔で二つ設けられたものである。その使用方法は、図８に示されるとおり、ダブルスリットを写真フィルム又はＣＣＤ等の二次元イメージ装置の前に置き、これにコヒーレント性を持ったＸ線を照射する場合、この二つのスリットから抜け出たＸ線がイメージ装置において重なり合い、干渉縞が形成され、その縞の溝が深いほどＸ線の空間コヒーレンスが高いことにより、照射したＸ線のコヒーレント性の評価に用いられる。
【００１５】
【実施例】
実施例を図面に基づいて説明する。外部から導入するＸ線はＸ線レーザーを用い、二つのターゲットを使って一方で種光となるＸ線レーザーを発振し、もう片方で空間コヒーレンスを向上させるための線状プラズマを発生させるというダブルターゲット実験形式である。
【００１６】
図１に示すように、増幅され、また空間コヒーレンスが改善されたＸ線レーザーを発振させるために、第一ターゲットとして銀板を用い、そこに外部からＸ線レーザー発振用パルスレーザー光を線状に照射する。すると線状プラズマに沿った方向に空間コヒーレントの悪いＸ線レーザーパルスが発生し、これをすこし離して設置してある銀板の第二ターゲットに導く。ここで第一ターゲットから伝搬してきたＸ線レーザーパルスが通過するタイミングで別の線状プラズマ生成用パルスレーザー光を線集光させて照射し、線状プラズマを生成する。
【００１７】
第一ターゲットで発生したＸ線レーザーパルスは、ビームが大きく広がり空間コヒーレンスが非常に悪いが、このＸ線レーザーパルスの一部を第二ターゲット上の線状プラズマ中に入射させると、プラズマ中に発生する線状の非常に狭く長い利得領域をＸ線レーザーパルスは伝搬し、このプラズマ中の狭い利得領域が一種の空間フィルター及び増幅媒質として働いて、Ｘ線の強度増強と空間コヒーレンス改善が同時に実現する。
【００１８】
図２にＦａｒ　ｆｉｅｌｄイメージの概念を、図３と図４に第一ターゲットのみからのＸ線レーザーパルスのＦａｒ　ｆｉｅｌｄイメージとダブルターゲット実験によって得られたＦａｒ　ｆｉｅｌｄイメージをそれぞれ示す。実験条件として、種光としてのＸ線レーザーパルス発生及び第二ターゲット上で線状プラズマを発生させるパルスレーザー光は、両方とも波長１０５３ｎｍで、線状集光サイズは幅２０μｍ×長さ６ｍｍである。また第一ターゲットへの照射強度は１５Ｊ、４ｐｓパルス幅（２．５×１０１５Ｗ／ｃｍ２）、第二ターゲットへの照射強度は２０Ｊ、１２ｐｓパルス幅（７．５×１０１４Ｗ／ｃｍ２）である。第一ターゲットと第二ターゲットの間隔は２０ｃｍである。
【００１９】
図３より分かるように第一ターゲットのみからのＸ線レーザーパルスは、画面全体に大きく弱く広がったＸ線分布を示しており、空間コヒーレンスが非常に悪い（Ｘ線レーザーパルスの発散角：縦５．４ｍｒａｄ×横７．４ｍｒａｄ）。ところが、図３より分かるようにダブルターゲットにすると、Ｘ線レーザーパルスはスポット状の非常に狭く強いＸ線レーザーパルスとなっており、Ｘ線強度および空間コヒーレンス共劇的に改善されていることが分かる（Ｘ線レーザーパルスの発散角：縦横とも０．２ｍｒａｄ）。さらに図５にダブルターゲットからのＸ線レーザーパルスをダブルスリットを透過させた時に生じる干渉縞パターンを、また図６にはこの干渉縞から評価されたコヒーレンスの度合いを表すＶｉｓｉｂｉｌｉｔｙ値結果を示す。ダブルスリット干渉パターンから計算されたダブルターゲットＸ線パルスのＶｉｓｉｂｉｌｉｔｙは０．９５８となった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の方法によって、放射光や高次高調波、Ｘ線レーザーなどの様々なＸ線源からのＸ線を、空間コヒーレンスを改善するとともにその強度をも増幅させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｘ線発振器にＸ線レーザーを用いた高空間コヒーレンスＸ線発生の原理図である。
【図２】Ｆａｒ　Ｆｉｅｌｄイメージの概略図である。
【図３】第１ターゲットで発生したＸ線レーザーパルス光のＦａｒ　Ｆｉｅｌｄイメージである。
【図４】ダブルターゲット実験によって空間コヒーレンスのあがったＸ線パルスのＦａｒ　Ｆｉｅｌｄイメージである。
【図５】ダブルターゲットからのＸ線レーザーパルスがダブルスリットを通過して生じた干渉縞パターンである。
【図６】その干渉縞の谷の深さから計算されるコヒーレンス度指標であるＶｉｓｉｂｉｌｉｔｙ値計算結果である。
【図７】ダブルスリットの構造を示す図である。
【図８】ダブルスリットの使用方法を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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