We report on the development of a multi-millijoule, ultra high-brightness Ne-like soft x-ray laser (XRL) at the wavelength of 21.2 nm, recently undertaken at the PALS Centre. The device has been implemented as a routine radiation source delivering about 4 mJ of energy in pulses with a duration of ∼100 ps, in a narrowly collimated beam exhibiting high spatial quality and possessing high spatial coherence. The peak power of about 40 MW, generated by this device, is the largest value attained by an XRL to date. The same holds true for the peak spectral brightness, amounting to 1027 photons s−1 mm−2 mrad−2 0.1%BW−1. The active medium consists of a 3 cm long plasma column, sequentially generated from a slab target by an energy of ∼500 J delivered by the iodine 1.315 μm driving laser. The population inversion is produced by focusing tightly down to the line ∼500 J of energy into a much wider preplasma column, which makes it possible to create a lasing medium with a reduced lateral density gradient and thereby to minimize the lateral refraction of the x-ray beam. The multi-millijoule output is generated in double-pass amplification regime, achieved by a carefully designed half cavity using a flat multilayer Mo : Si mirror positioned a few millimetres near the plasma end. We describe the measured characteristics of the output beam generated by double-pass amplification, and illustrate its spatial beam coherence obtained using a Fresnel wavefront splitting interferometer. Given the available energy, peak power and brightness in a single pulse, the demonstrated XRL constitutes a tool for novel applications in both solid state and plasma physics. Examples of such applications are the generation of high-energy density, low-temperature plasmas relevant to laboratory astrophysics, x-ray interferometry of plasmas and solids with spatial resolution ranging from a micron to a few nanometres according to the specific experimental arrangement, or study of soft x-ray photoionization.
我々は、PALSセンターで最近実施された、波長21.2 nmにおける多ミリジュール級・超高輝度のNe様軟X線レーザー（XRL）の開発について報告する。本装置は、約4 mJのエネルギーを、約100 psのパルス持続時間で、高い空間品質と高い空間コヒーレンスを有する狭コリメートビームとして供給する定常放射源として実装されている。本装置によって生成される約40 MWのピーク出力は、これまでにXRLで達成された最大値である。ピークスペクトル輝度についても同様であり、1027光子 s⁻¹ mm⁻² mrad⁻² 0.1%BW⁻¹に達する。活性媒質は、長さ3 cmのプラズマカラムから構成され、ヨウ素1.315 μm駆動レーザーによって約500 Jのエネルギーを供給して、スラブターゲットから順次生成される。約500 Jのエネルギーをより広いプレプラズマカラム内に細く集光することによって、密度勾配が低減されたレーザー媒質が生成され、それによりX線ビームの横方向屈折が最小化され、反転分布が生成される。多ミリジュール級の出力は、プラズマ端から数ミリメートルの位置に配置された平坦な多層膜Mo：Siミラーを用いた慎重に設計された半共振器によるダブルパス増幅で生成される。本稿では、ダブルパス増幅によって生成された出力ビームの測定特性を報告し、フレネル波面分割干渉計を用いて得られた空間コヒーレンス特性を示す。単一パルスにおける利用可能なエネルギー、ピーク出力、輝度を考慮すると、本実証済みのXRLは、固体物理およびプラズマ物理の両方における新規応用のためのツールを構成する。そのような応用の例としては、実験室天体物理学に関連する高エネルギー密度・低温プラズマの生成、特定の実験配置に応じてミクロンから数ナノメートルまでの空間分解能を有するプラズマおよび固体のX線干渉計測、ならびに軟X線光イオン化の研究が挙げられる。