Experimental measurements of K-shell x-ray emission from the front of a Cu target irradiated by an intense ultra-short-duration Ti:sapphire laser pulse have been performed using an x-ray crystal spectrograph (highly annealed pyrolytic graphite/highly oriented pyrolytic graphite) for different target thicknesses, laser angle of incidence (AOI) and polarizations. A wide range of laser intensity (non-relativistic to relativistic) was covered by varying the laser pulse energy, pulse duration and target position with respect to the best focus. The maximum x-ray emission flux was observed for a 7 µm thick Cu foil with a p-polarized 25 fs duration laser pulse with an AOI of 55° and maximum laser intensity of ∼4 × 1019 W cm−2. For both thinner and thicker targets, the x-ray flux was reduced. Interestingly, variation of x-ray flux with laser intensity in the relativistic regime (∼4 × 1018–4 × 1019 W cm−2) for the shortest duration laser pulse (25 fs) showed two slightly different scalings, i.e. slower/faster variation towards the lower/higher end of the intensity regime, and measurements with a thicker target of 50 µm also showed two scalings but with an opposite trend, i.e. faster/ slower variation towards the lower/higher end. The x-ray emission flux decreased with decrease in laser intensity (up to ∼1 × 1017 W cm−2) for a longer laser pulse duration (up to 9.8 ps) but increased slightly for a larger laser spot size (intensity ∼5 × 1017W cm−2) on the target and reduced subsequently. A maximum Kα x-ray flux of ∼1.4 × 1010 photons sr–1 was estimated for the 7 μm target and the laser to Kα conversion efficiency (CE) was found to be ∼1.1 × 10−5. Geant4 simulations performed to study variation of Kα x-ray flux with target thickness suggest that refluxing of electrons led to a ∼2.9× enhancement in x-ray flux for the 7 μm target and the laser to Kα CE was found to be ∼1.1 × 10−5. Further, laser-to-electron CE was also estimated to be ∼6.5%; this was found to be similar to simulations performed with the PrismSPECT spectroscopic code. X-ray flux variations with laser and target parameters are discussed in terms of applicable fast-electron generation mechanisms and associated processes of refluxing and reacceleration, along with x-ray reabsorption.
高アニール熱分解グラファイト/高配向性熱分解グラファイトを用いたX線結晶分光器により、強力な超短パルスTi:サファイアレーザーパルスによって照射されたCuターゲットの前面からのK殻X線放出の実験的測定を、異なるターゲット厚さ、レーザー入射角（AOI）、および偏光に対して実施した。非相対論的から相対論的までの広範囲のレーザー強度は、レーザーパルスエネルギー、パルス時間幅、およびベストフォーカスに対するターゲット位置を変えることによってカバーされた。最大のX線放出フラックスは、AOI 55°、最大レーザー強度約4×10^19 W cm^−2を有するp偏光25 fs時間幅レーザーパルスを用いた厚さ7 µmのCu箔に対して観測された。より薄いおよびより厚いターゲットの両方において、X線フラックスは減少した。興味深いことに、最短時間幅レーザーパルス（25 fs）に対する相対論的領域（約4×10^18～4×10^19 W cm^−2）におけるレーザー強度に対するX線フラックスの変化は、わずかに異なる2つのスケーリング、すなわち強度領域の低端/高端に向かって遅い/速い変化を示し、50 µmのより厚いターゲットを用いた測定も2つのスケーリングを示したが、逆の傾向、すなわち低端/高端に向かって速い/遅い変化を示した。X線放出フラックスは、より長いレーザーパルス時間幅（最大9.8 ps）に対してレーザー強度の減少（約1×10^17 W cm^−2まで）とともに減少したが、ターゲット上のより大きいレーザースポットサイズ（強度約5×10^17 W cm^−2）ではわずかに増加し、その後減少した。最大のKα X線フラックス約1.4×10^10 photons sr^–1が7 µmターゲットに対して推定され、レーザーからKαへの変換効率（CE）は約1.1×10^−5であることがわかった。ターゲット厚さに対するKα X線フラックスの変化を調べるために実施されたGeant4シミュレーションは、電子のリフラックスが7 µmターゲットのX線フラックスの約2.9倍の増強をもたらしたことを示唆しており、レーザーからKαへのCEは約1.1×10^−5であることがわかった。さらに、レーザーから電子へのCEも約6.5%と推定された。これは、PrismSPECT分光コードを用いて実施されたシミュレーションと同様であることがわかった。レーザーおよびターゲットパラメータによるX線フラックスの変化は、該当する高速電子生成メカニズム、ならびに関連するリフラックスおよび再加速のプロセス、さらにX線再吸収の観点から議論される。