"Fra picosekunder til attosekunder" for at opnå attosecond -tidsjitter -synkronisering til picosekundlasere
Synkroniseringsteknologi med høj præcisionstid
Udviklingen af ultrashort pulserede lasere har gjort det muligt for menneskeheden at undersøge og manipulere den materielle verden inden for ekstremt korte tidsskalaer, og kombinationen af to eller endnu flere ultrashort pulserede lasere har beriget denne kapacitet i flere dimensioner. Synkronisering med høj præcisionstid er en nøgleteknologi til at realisere det samarbejdsvillige arbejde med ultrashort-puls-lasere. Blandt lasersynkroniseringsteknikkerne spiller afbalanceret optisk krydskorrelation (BOC) og laserinterferometri en vigtig rolle i nøjagtigt at kontrollere tidssynkroniseringen og fasesynkroniseringen af flere laserkilder. De giver kritisk støtte til høj præcision, multi-pulssyntese og stabil output af lasersystemer.
Afbalancerede optiske interkorrelationsteknikker er typisk afhængige af at generere sumfrekvenssignaler ved at blande to signaler (f.eks. To laserimpulser), der føres til et ikke-lineært medium. Disse genererede signaler sendes derefter til en afbalanceret detektor, der bestemmer forsinkelsen mellem de to indgangssignaler ved at måle forskellen i intensiteten af outputsignalerne. Laserinterferenssteknikken opnår information om laserfasen ved at analysere interferensmønsteret for laserstrålen og bruges til at kontrollere og synkronisere flere laserstråler. Denne teknik spiller en ekstremt vigtig rolle i lasersynkronisering, især hvor præcis kontrol af den relative position og fase af laserstrålerne er påkrævet.
Picosecond -synkronisering for picosekundlasere
For nylig har State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics of Shanghai Institute of Optical Machinery (SIOEM) opnået attosekund-synkronisering af picosekund-laserpulser baseret på det uafhængigt konstruerede tidssynkroniseringssystem. ARSEC Science er en vigtig gren af ultrahast optik og laservidenskab, hvis kerne mål er at opdage og manipulere ultrahastiske fænomener, såsom bevægelsen af elektroner, der giver et nyt perspektiv til forståelse af den grundlæggende love i den materielle verden. I kemiske reaktioner bestemmes for eksempel brud og omorganisering af molekylære bindinger af den ultrahastiske bevægelse af elektroner, og attosekund -tidsskalaen giver muligheden for direkte at observere og manipulere disse processer. Attosecond (10-18 sekunder) er i øjeblikket den korteste enhed på den tidsskala, som mennesker præcist kan manipulere, og realiseringen af denne ultrahøj præcisionstidskontrol kan ikke opnås uden støtte fra lasertidssynkroniseringsteknologi. Da picosekund (10-12 s) laserimpulser er en vigtig grundlæggende lyskilde for mange attosekundvidenskabelige eksperimenter, er det grundlag for at sikre, hvordan man korrigerer tidens jitter af picosekundlasere til attosekundniveauet for at sikre nytteligheden af attosekundvidenskab.
Resultaterne offentliggøres i Laser Science and Engineering 2024, udgave 6 (Hongyang Li, Keyang Liu, Ye Tian, LiWei-sang, "Langtids stabil timing-svingningskorrektion for en picosecond-laser med attosekund nøjagtighed," High Power Laser Sci. Eng. 12, 06000e89 (2024)).
Figur 1 Skematisk af picosekund lasersynkronisering
Forskningsteamet udviklede sig videre lasersynkroniseringsteknologien til at måle og give realtidsfeedback på picosekund-laser med højpræcisionstid Jitter, der styrer systemets tidsjitter i området Attosecond-niveau og forbedrer pålideligheden af lasersystemet under langvarig drift. Den eksperimentelle opsætning er vist i fig. 1. Forskningsteamet anvendte multi-pass-hulrummet (MPC) pulskomprimeringsteknikken, afbalanceret optisk interkorrelationsteknik og nærfelt interferometri til tidsjittermåling og udviklede et analyse- og kontrolsystem til realtidskorrektion af tidsjitter. Begrænsning til forstærkningsbåndbredden for YB: YAG-krystal, outputpulsbredden for faststof-lasere, der bruger denne krystal, er normalt i størrelsesordenen flere hundrede femtosekunder eller endda picosekunder, og komprimering af 0. 8 PS til 95 FS ved at bruge MPC forbedrer målingens nøjagtighed af bocen fra 14.57 MV/FS, og den tidsjitter er forudkorrigeret af BOC til 1,12 FS ved denne målingnøjagtighed, og resultatet er som vist i fig. 2. Baseret på dette, blev fase-udsvingene kompenseret ved anvendelse af en interferometri-baseret feedback-sløjfe til 189 som (λ/18) RMS, og resultaterne er vist i fig. 3.
Fig. 2 (a) skematisk af den ikke -kommutative BOC, (b) intercalationskurver for pulsbredder på 0. 8 ps og 95 fs. (c) Timing Drift med feedback fra (grå linje) og på (sort linje, rød linje)
Fig. 3 (a) skematisk over intensitetsfordelingen af interferensfronterne med (rød linje) og uden (sort linje) fase drift (indsat viser interferensmønsteret), (b) BOC (grå linje) og BOC med interferens på på samme tid (rød linje) timing jitter -korrektionsresultater Resultater
Resumé og udsigter
Den relaterede undersøgelse giver mulighed for grundlæggende videnskabelig forskning i den attosekund tidsskala, som er af stor videnskabelig værdi for udviklingen af attosekund-opløsningsafbildning, ultrahast dynamikdetektion og pumpeprobe-eksperimenter. I fremtiden forbedres måleenøjagtigheden og systemstabiliteten yderligere i højere effekt og mere komplekse multi-laser pulssystemer.
