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Röntgenemission aus laserinduzierten Plasmen

Vogt, Ulrich

Fak. 2 Mathematik und Naturwissenschaften

Die vorliegenden Arbeit befasst sich mit der spektralen Charakterisierung der Röntgenemission aus laserinduzierten Plasmen bei verschiedenenen Targetmaterialien und Targetsystemen. Untersucht wird insbesondere der Einfluss der beiden Laserparameter Intensität und Pulsdauer auf die Emission. Diese wurden über einen weiten Bereich variiert. Motivation für die grundlegenden systematischen Messungen ist dabei die Anwendung eines Laserplasmas als Laborröntgenquelle für die Lithographie oder Spektroskopie. Die Messung der Spektren erfolgte mit teilweise absolut kalibrierten Spektrometern, die die Grundlage für das absolute Messen von Photonenzahlen darstellen und die die Bestimmung einer Konversionseffizienz von Laser- in Röntgenlicht ermöglicht. Zwei Kapitel dieser Arbeit widmeten sich Untersuchung von Quellen für die EUV-Lithographie bei 13 nm Wellenlänge. Erste Messungen wurden an einem Wasserstrahl-Target durchgeführt. Die Emission im EUV-Bereich stammt dabei von Sauerstoffionen. Die Untersuchungen konzentrierten sich dabei auf eine Maximierung der Konversionseffizienz und die Frage, ob ein dünner Jet als Target für einen Laser hoher mittlerer Leistung geeignet ist. Mit dem MBI-burst-mode Laser als Modellsystem für einen solchen Laser konnte gezeigt werden, dass ein Flüssigkeitsstrahl die Anforderungen erfüllt. Durch eine Variation der Pulsdauer und der Energie des Lasers konnte ein Bereich von drei Größenordnungen in der Intensität überstrichen werden. Den höchsten Effizienzwert erhält man mit ns-Pulsen und einer Intensität von 10^12 W/cm^2, dabei ist der optimale Intensitätsbereich relativ eng definiert. Als weiteres Targetmaterial wurden Xenon-Cluster untersucht. Anders als beim Wasserjet zeigte sich, dass das Target in einem relativ großen Intensitäts- und Pulsdauerfenster mit hohen Konversionseffizienzen betrieben werden kann. In einem weiteren Kapitel ist die Charakterisierung eines Laserplasmas als Lichtquelle für ein Röntgenabsorptionsspektrometers beschrieben. Das Festkörper-Targetmaterial Kupfer stellte sich als geeignet heraus, was in ersten Messungen zur Röntgenabsorption dokumentiert werden konnte. In Experimenten mit einem Gold- und Kupfertarget bzw. einem Gallium-Jet-Target, beschrieben im letzten experimentellen Kapitel dieser Arbeit, konnte gezeigt werden, dass kHz-fs-Laser für die Erzeugung harter Röntgenstrahlung (charakteristischer K-Strahlung und Bremsstrahlung) geeignet sind. Um eine möglichst hohe Photonenausbeute zu bekommen, muss wieder eine Optimierung der Laserintensität erfolgen. Diese Quellen sollen für die zeitaufgelöste Röntgendiffraktion eingesetzt werden.