"Van picoseconden tot attoseconden" om attoseconde tijd te bereiken jittersynchronisatie voor picoseconde lasers
Hoge precisietijd synchronisatietechnologie
De ontwikkeling van ultrashort gepulseerde lasers heeft de mensheid in staat gesteld om de materiële wereld te onderzoeken en te manipuleren in extreem korte tijdschalen, en de combinatie van twee of zelfs meer ultrashort gepulseerde lasers heeft deze mogelijkheid in meer dimensies verrijkt. Synchronisatie met een hoge nauwkeurige tijd is een belangrijke technologie om het coöperatieve werk van ultrashort-pulse lasers te realiseren. Onder de lasersynchronisatietechnieken spelen evenwichtige optische kruiscorrelatie (BOC) en laserinterferometrie een belangrijke rol bij het nauwkeurig regelen van de tijdsynchronisatie en fasesynchronisatie van meerdere laserbronnen. Ze bieden kritische ondersteuning voor zeer nauwkeurige, multi-puls synthese en stabiele output van lasersystemen.
Evenwichtige optische intercorrelatietechnieken zijn meestal afhankelijk van het genereren van som-frequentiesignalen door twee signalen te mengen (bijv. Twee laserpulsen) die in een niet-lineair medium worden gevoerd. Deze gegenereerde signalen worden vervolgens verzonden naar een evenwichtige detector, die de vertraging tussen de twee ingangssignalen bepaalt door het verschil in intensiteit van de uitgangssignalen te meten. De laserinterferentietechniek verkrijgt informatie over de fase van de laser door het interferentiepatroon van de laserstraal te analyseren en wordt gebruikt om meerdere laserstralen te regelen en te synchroniseren. Deze techniek speelt een uiterst belangrijke rol bij lasersynchronisatie, vooral wanneer precieze controle van de relatieve positie en fase van de laserstralen vereist is.
Picoseconde synchronisatie voor picoseconde lasers
Onlangs heeft het State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics of Shanghai Institute of Optical Machinery (SIOEM) de attoseconde synchronisatie van picoseconde laserpulsen bereikt op basis van het onafhankelijk geconstrueerde tijdsynchronisatiesysteem. Arsec Science is een belangrijke tak van ultrasnelle optiek en laserswetenschappen, wiens kerndoel is om ultrasnelse fenomenen zoals de beweging van elektronen te detecteren en te manipuleren, wat een nieuw perspectief biedt voor het begrijpen van de fundamentele wetten van de materiële wereld. Bij chemische reacties wordt bijvoorbeeld het breken en reorganisatie van moleculaire bindingen bepaald door de ultrasnelle beweging van elektronen, en de attoseconde tijdschaal biedt de mogelijkheid om deze processen direct te observeren en te manipuleren. De AttoSecond (10-18 seconden) is momenteel de kortste eenheid op de tijdschaal die mensen precies kunnen manipuleren, en de realisatie van deze ultrahoge precisietijdregeling kan niet worden bereikt zonder de ondersteuning van lasertijdsynchronisatietechnologie. Aangezien picosecond (10-12 s) laserpulsen een belangrijke basislichtbron zijn voor veel attoseconde wetenschapsexperimenten, hoe de tijd jitter van picoseconde lasers naar het attosecond -niveau te corrigeren, is de basis om het bruikbaarheid van attoseconde wetenschap te waarborgen.
Resultaten worden gepubliceerd in High Power Laser Science and Engineering 2024, nummer 6 (Hongyang Li, Keyang Liu, Ye Tian, Liwei Song, "Langdurige stabiele timingfluctuatiecorrectie voor een picoseconde laser met attosecond-niveau Nauwkeurigheid," High Power Laser Sci. Eng. 12, 06000e89 (2024)).
Figuur 1 Schema van picoseconde lasersynchronisatie
Het onderzoeksteam ontwikkelde verder de lasersynchronisatietechnologie om realtime feedback te meten en te geven op de picoseconde laser met een zeer nauwkeurige tijdjitter, die de tijd jitter van het systeem regelt in het bereik van attosecond-niveau en de betrouwbaarheid van het lasersysteem tijdens langdurige werking verbetert. De experimentele opstelling wordt getoond in Fig. 1. Het onderzoeksteam gebruikte de multi-pass holte (MPC) pulscompressietechniek, evenwichtige optische intercorrelatietechniek en interferometrie in de buurt van het veld voor tijdjittermeting en ontwikkelde een analyse- en besturingssysteem voor realtime correctie van tijd jitter. Beperking tot de versterkingsbandbreedte van de YB: YAG Crystal, is de uitgangspulsbreedte van lasers met solid-state die dit kristal gebruikt meestal in de orde van enkele honderden femtoseconden of zelfs picoseconden, en de compressie van 0. 8 ps tot 95 FS door de MPC te gebruiken, verbetert de MPC de maatregel van de BOC van 14.57 MV/FS tot 52.5 MV/FS, en de tijdjitter is vooraf gecorrigeerd door de BOC tot 1.12 FS bij deze meetnauwkeurigheid, en het resultaat is zoals getoond in Fig. 2. Op basis hiervan werd de fasefluctuatie gecompenseerd met behulp van een interferometrie-gebaseerde feedbacklus tot 189 AS (λ/18) RMS en de resultaten worden getoond in Fig. 3.
Fig. 2 (a) Schema van de niet -commutatieve BOC, (b) intercalatiecurves voor pulsbreedtes van 0. 8 PS en 95 fs. (c) Timingafwijking met feedback uit (grijze lijn) en aan (zwarte lijn, rode lijn)
Fig. 3 (a) Schema van de intensiteitsverdeling van de interferentieranden met (rode lijn) en zonder (zwarte lijn) fase -drift (inzet toont het interferentiepatroon), (b) BOC (grijze lijn) en BOC met interferentie op tegelijkertijd (rode lijn) timing jittercorrectieresultaten resultaten
Samenvatting en vooruitzichten
De gerelateerde studie biedt de mogelijkheid van fundamenteel wetenschappelijk onderzoek op de attoseconde tijdschaal, die van grote wetenschappelijke waarde is voor de ontwikkeling van beeldvorming van attoseconde-resolutie, ultrasnelle dynamische detectie en pomp-probe-experimenten. In de toekomst zullen de meetnauwkeurigheid en systeemstabiliteit verder worden verbeterd in hoger vermogen en complexere pulssystemen met meerdere laser.
