We present the results of joint measurements of electron density ( n e), temperature ( T e), and emission spectra of an Nd:YAG-driven tin plasma. Collective Thomson scattering provides space- and time-resolved n e and T e data during drive laser irradiation, and extreme ultraviolet (EUV) emission spectra, which is space-resolved in the target normal, are measured using a flat-field grazing incidence spectrometer (GIS). As the distance from the target increased, the emission intensity quickly decreases, and the peaks of the spectra gradually shift to longer wavelengths. This can be explained by the rapid decrease in n e, and thus, self-absorption, with an increase in distance. We obtain the EUV spectra by calculating the transfer of photons along the line-of-sight of the GIS, using theoretical emissivity and opacity, and applying the measured spatial distribution of n e and T e. The results quantitatively demonstrate that the self-absorption effect is significant; the emission from the core regions is mostly reabsorbed by the surrounding plasma. The calculated spectra are compared with the measured spectra. While good agreement is achieved in the spectral region of 13.3 and 15.3 nm, considerable differences are found in the 12.5–13  and 15.5–17.5 nm region. The results demonstrate the significance of this joint measurement for further validation of the atomic process model considering self-absorption effect, which is critical for the future high-density, solid laser-driven EUV source.

1.
O. O.
Versolato
,
Plasma Sources Sci. Technol.
28
,
083001
(
2019
).
2.
O. O.
Versolato
,
J.
Sheil
,
S.
Witte
,
W.
Ubachs
, and
R.
Hoekstra
,
J. Opt.
24
,
054014
(
2022
).
3.
G.
O'Sullivan
,
B.
Li
,
R.
D'Arcy
,
P.
Dunne
,
P.
Hayden
,
D.
Kilbane
,
T.
McCormack
,
H.
Ohashi
,
F.
O'Reilly
,
P.
Sheridan
,
E.
Sokell
,
C.
Suzuki
, and
T.
Higashiguchi
,
J. Phys. B
48
,
144025
(
2015
).
4.
I.
Fomenkov
,
D.
Brandt
,
A.
Ershov
,
A.
Schafgans
,
Y.
Tao
,
G.
Vaschenko
,
S.
Rokitski
,
M.
Kats
,
M.
Vargas
,
M.
Purvis
,
R.
Rafac
,
B.
La Fontaine
,
S.
De Dea
,
A.
LaForge
,
J.
Stewart
,
S.
Chang
,
M.
Graham
,
D.
Riggs
,
T.
Taylor
,
M.
Abraham
, and
D.
Brown
,
Adv. Opt. Technol.
6
,
173
(
2017
).
5.
R.
Schupp
,
F.
Torretti
,
R. A.
Meijer
,
M.
Bayraktar
,
J.
Scheers
,
D.
Kurilovich
,
A.
Bayerle
,
K. S. E.
Eikema
,
S.
Witte
,
W.
Ubachs
,
R.
Hoekstra
, and
O. O.
Versolato
,
Phys. Rev. Appl.
12
,
014010
(
2019
).
6.
D. J.
Hemminga
,
L.
Poirier
,
M. M.
Basko
,
R.
Hoekstra
,
W.
Ubachs
,
O. O.
Versolato
, and
J.
Sheil
,
Plasma Sources Sci. Technol.
30
,
105006
(
2021
).
7.
L.
Behnke
,
R.
Schupp
,
Z.
Bouza
,
M.
Bayraktar
,
Z.
Mazzotta
,
R.
Meijer
,
J.
Sheil
,
S.
Witte
,
W.
Ubachs
,
R.
Hoekstra
, and
O. O.
Versolato
,
Opt. Express
29
,
4475
(
2021
).
8.
R.
Schupp
,
F.
Torretti
,
R. A.
Meijer
,
M.
Bayraktar
,
J.
Sheil
,
J.
Scheers
,
D.
Kurilovich
,
A.
Bayerle
,
A. A.
Schafgans
,
M.
Purvis
,
K. S. E.
Eikema
,
S.
Witte
,
W.
Ubachs
,
R.
Hoekstra
, and
O. O.
Versolato
,
Appl. Phys. Lett.
115
,
124101
(
2019
).
9.
R.
Schupp
,
L.
Behnke
,
J.
Sheil
,
Z.
Bouza
,
M.
Bayraktar
,
W.
Ubachs
,
R.
Hoekstra
, and
O. O.
Versolato
,
Phys. Rev. Res.
3
,
013294
(
2021
).
10.
Z.
Bouza
,
J.
Byers
,
J.
Scheers
,
R.
Schupp
,
Y.
Mostafa
,
L.
Behnke
,
Z.
Mazzotta
,
J.
Sheil
,
W.
Ubachs
,
R.
Hoekstra
,
M.
Bayraktar
, and
O. O.
Versolato
,
AIP Adv.
11
,
125003
(
2021
).
11.
A.
Sasaki
,
A.
Sunahara
,
H.
Furukawa
,
K.
Nishihara
,
S.
Fujioka
,
T.
Nishikawa
,
F.
Koike
,
H.
Ohashi
, and
H.
Tanuma
,
J. Appl. Phys.
107
,
113303
(
2010
).
12.
T.
Sizyuk
and
A.
Hassanein
,
Phys. Plasmas
19
,
083102
(
2012
).
13.
T.
Sizyuk
and
A.
Hassanein
,
Phys. Plasmas
22
,
093101
(
2015
).
14.
T.
Sizyuk
and
A.
Hassanein
,
Phys. Plasmas
27
,
103507
(
2020
).
15.
T.
Sizyuk
,
J. Appl. Phys.
126
,
163302
(
2019
).
16.
M. M.
Basko
,
V. G.
Novikov
, and
A. S.
Grushin
,
Phys. Plasmas
22
,
053111
(
2015
).
17.
M. M.
Basko
,
Phys. Plasmas
23
,
083114
(
2016
).
18.
J.
White
,
G.
O'Sullivan
,
S.
Zakharov
,
P.
Choi
,
V.
Zakharov
,
H.
Nishimura
,
S.
Fujioka
, and
K.
Nishihara
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
151501
(
2008
).
19.
J.
Colgan
,
D. P.
Kilcrease
,
J.
Abdallah
,
M. E.
Sherrill
,
C. J.
Fontes
,
P.
Hakel
, and
G. S. J.
Armstrong
,
High Energy Density Phys.
23
,
133
(
2017
).
20.
R.
D'Arcy
,
H.
Ohashi
,
S.
Suda
,
H.
Tanuma
,
S.
Fujioka
,
H.
Nishimura
,
K.
Nishihara
,
C.
Suzuki
,
T.
Kato
,
F.
Koike
,
J.
White
, and
G.
O'Sullivan
,
Phys. Rev. A
79
,
042509
(
2009
).
21.
S. S.
Churilov
and
A. N.
Ryabtsev
,
Phys. Scr.
73
,
614
(
2006
).
22.
S. S.
Churilov
,
R. R.
Kildiyarova
,
A. N.
Ryabtsev
, and
S. V.
Sadovsky
,
Phys. Scr.
80
,
045303
(
2009
).
23.
A.
Windberger
,
F.
Torretti
,
A.
Borschevsky
,
A.
Ryabtsev
,
S.
Dobrodey
,
H.
Bekker
,
E.
Eliav
,
U.
Kaldor
,
W.
Ubachs
,
R.
Hoekstra
,
J. R.
Crespo López-Urrutia
, and
O. O.
Versolato
,
Phys. Rev. A
94
,
012506
(
2016
).
24.
Z.
Bouza
,
J.
Scheers
,
A.
Ryabtsev
,
R.
Schupp
,
L.
Behnke
,
C.
Shah
,
J.
Sheil
,
M.
Bayraktar
,
J. R. C.
López-Urrutia
,
W.
Ubachs
,
R.
Hoekstra
, and
O. O.
Versolato
,
J. Phys. B
53
,
195001
(
2020
).
25.
F.
Torretti
,
A.
Windberger
,
A.
Ryabtsev
,
S.
Dobrodey
,
H.
Bekker
,
W.
Ubachs
,
R.
Hoekstra
,
E. V.
Kahl
,
J. C.
Berengut
,
J. R. C.
López-Urrutia
, and
O. O.
Versolato
,
Phys. Rev. A
95
,
042503
(
2017
).
26.
F.
Torretti
,
J.
Sheil
,
R.
Schupp
,
M. M.
Basko
,
M.
Bayraktar
,
R. A.
Meijer
,
S.
Witte
,
W.
Ubachs
,
R.
Hoekstra
,
O. O.
Versolato
,
A. J.
Neukirch
, and
J.
Colgan
,
Nat. Commun.
11
,
2334
(
2020
).
27.
J.
Sheil
,
O. O.
Versolato
,
A. J.
Neukirch
, and
J.
Colgan
,
J. Phys. B
54
,
035002
(
2021
).
28.
J.
Filevich
,
J. J.
Rocca
,
E.
Jankowska
,
E. C.
Hammarsten
,
K.
Kanizay
,
M. C.
Marconi
,
S. J.
Moon
, and
V. N.
Shlyaptsev
,
Phys. Rev. E
67
,
056409
(
2003
).
29.
Y.
Tao
,
H.
Nishimura
,
S.
Fujioka
,
A.
Sunahara
,
M.
Nakai
,
T.
Okuno
,
N.
Ueda
,
K.
Nishihara
,
N.
Miyanaga
, and
Y.
Izawa
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
201501
(
2005
).
30.
K.
Tomita
,
Y.
Sato
,
S.
Tsukiyama
,
T.
Eguchi
,
K.
Uchino
,
K.
Kouge
,
H.
Tomuro
,
T.
Yanagida
,
Y.
Wada
,
M.
Kunishima
,
G.
Soumagne
,
T.
Kodama
,
H.
Mizoguchi
,
A.
Sunahara
, and
K.
Nishihara
,
Sci. Rep.
7
,
12328
(
2017
).
31.
J.
Sheffield
,
D.
Froula
,
S. H.
Glenzer
, and
N. C.
Luhmann
,
Plasma Scattering of Electromagnetic Radiation, Theory and Measurement Techniques
, 2nd ed. (
Elsevier
,
Amsterdam
,
2011
).
32.
J. S.
Ross
,
S. H.
Glenzer
,
J. P.
Palastro
,
B. B.
Pollock
,
D.
Price
,
G. R.
Tynan
, and
D. H.
Froula
,
Rev. Sci. Instrum.
81
,
10D523
(
2010
).
33.
Y.
Pan
,
A.
Sunahara
,
S.
Namba
,
T.
Higashiguchi
, and
K.
Tomita
,
J. Phys. D
56
,
405203
(
2023
).
34.
H.-J.
Kunze
, in
Plasma Diagnositcs
, edited by W. Lochte-Holtgreven (
North-Holland
,
Amsterdam
,
1968
), pp.
550
616
.
35.
Y.
Pan
,
K.
Tomita
,
Y.
Yamagata
,
A.
Sunahara
, and
K.
Nishihara
,
J. Phys. D
56
,
025201
(
2023
).
36.
A.
Kramida
,
Y.
Ralchenko
,
J.
Reader
, and
NIST ASD Team
, http://physics.nist.gov/asd for NIST Atomic Spectra Database (ver.5.10), National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD,
2022
.
37.
C.
John
, “
Spectroscopic study on enhancement of water-window x-ray radiation emitted from laser-produced gold plasmas
,” Ph.D. thesis (
Hiroshima University
,
2020
).
38.
K.
Nishihara
,
A.
Sunahara
,
A.
Sasaki
,
M.
Nunami
,
H.
Tanuma
,
S.
Fujioka
,
Y.
Shimada
,
K.
Fujima
,
H.
Furukawa
,
T.
Kato
,
F.
Koike
,
R.
More
,
M.
Murakami
,
T.
Nishikawa
,
V.
Zhakhovskii
,
K.
Gamata
,
A.
Takata
,
H.
Ueda
,
H.
Nishimura
,
Y.
Izawa
,
N.
Miyanaga
, and
K.
Mima
,
Phys. Plasmas
15
,
056708
(
2008
).
You do not currently have access to this content.