高強度レーザー誘起硬X線パルスの高効率発生と応用

高强度激光诱导硬X射线脉冲的高效产生和应用

基本信息

批准号：
14077209
负责人：
中村一隆
金额：
$ 66.82万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

高強度フェムト秒レーザー光を真空中で金属ターゲットに集光照射することにより、超短パルス硬X線を発生し、これを用いたフェムト秒時間分解X線回折を用いた物質ダイナミクスの研究を行った。本年度は、50フェムト秒レーザー光励起によるCdTe単結晶のコヒーレント光学フォノン計測に成功した。光学フォノンは重心が固定された運動であるため、結晶格子間隔の変化に対応する回折角度の変化がない。そのために通常のX線回折法では検出することができない。本研究では、格子振動周期よりも短いパルス幅の光パルスを用いて励起することで、位相の揃ったフォノンであるコヒーレント光学フォノンの励起を行った。これに加えて、振動周期よりも十分短い時間分解能での測定を行うことにより、X線回折強度の変調として、コヒーレント光学フォノンの計測に成功した。50フェムト秒レーザー光照射を行うと、X線回折強度は20ピコ秒以内に強度減少することが観測された。また、この状態を20フェムト秒の時間ステップでX線回折測定を行うと、約200フェムト秒の周期(5THz)の振動成分がCdTe(111)のX線回折強度の時間プロファイルに現れた。ラマン分光測定との比較から、この振動はCdTeのガンマ点におけるLOフォノンであることが分かった。また、フェムト秒時間分解反射率測定も行い、励起されたフォノンがCdTeのLOフォノンであることを確認した。本研究で、200フェムト秒の振動が観測されたことから、200フェムト秒の時間分解X線回折測定が可能であること、またフェムト秒レーザー誘起プラズマX線のパルス幅が数百フェムト秒であることが明らかになった。

通过将高强度飞秒激光聚焦在真空中的金属靶上，我们产生超短脉冲硬 X 射线，并利用飞秒时间分辨 X 射线衍射来研究材料动力学。今年，我们利用 50 飞秒激光激发成功测量了 CdTe 单晶中的相干光学声子。由于光学声子以固定的重心移动，因此衍射角不会随着晶格间距的变化而变化。因此，使用普通的X射线衍射方法无法检测到它。在这项研究中，我们通过使用脉冲宽度短于晶格振动周期的光脉冲来激发相干光学声子，这是相位对齐的声子。此外，通过以比振动周期短得多的时间分辨率进行测量，我们成功地测量了作为X射线衍射强度调制的相干光学声子。当激光照射50飞秒时，观察到X射线衍射强度在20皮秒内降低。另外，在该状态下以20飞秒的时间步长进行X射线衍射测定时，在CdTe的X射线衍射强度的时间分布中出现了周期为约200飞秒(5THz)的振动成分( 111）。与拉曼光谱测量的比较表明，这种振动是 CdTe 伽马点处的 LO 声子。我们还进行了飞秒时间分辨反射率测量，并确认激发的声子是 CdTe LO 声子。在这项研究中，观察到了200飞秒的振荡，这表明200飞秒的时间分辨X射线衍射测量是可能的，并且飞秒激光诱导等离子体X射线的脉冲宽度为数百飞秒变得清晰。。