«От пикосекунд до аттосекунды» для достижения атттосекундной синхронизации джиттера для пикосекундных лазеров
Технология синхронизации высокой точности
Разработка ультрашортных импульсных лазеров позволила человечеству исследовать и манипулировать материальным миром в течение чрезвычайно коротких временных масштабов, и комбинация двух или даже более ультрашортных импульсных лазеров обогатила эту способность в большем количестве размеров. Синхронизация времени высокой устойчивости является ключевой технологией для реализации кооперативной работы ультра-импульсных лазеров. Среди методов лазерной синхронизации, сбалансированная оптическая межкорреляция (BOC) и лазерная интерферометрия играют важную роль в точной контроле синхронизации времени и синхронизации фазы множественных лазерных источников. Они обеспечивают критическую поддержку для высокого уровня, многопульсного синтеза и стабильного выхода лазерных систем.
Сбалансированные оптические межкорреляционные методы, как правило, полагаются на генерирование сигналов частоты, смешивая два сигнала (например, два лазерных импульса), поданных в нелинейную среду. Эти сгенерированные сигналы затем отправляются в сбалансированный детектор, который определяет задержку между двумя входными сигналами, измеряя разницу в интенсивности выходных сигналов. Метод лазерного интерференции получает информацию о фазе лазера, анализируя интерференционную картину лазерного луча и используется для управления и синхронизации нескольких лазерных лучей. Этот метод играет чрезвычайно важную роль в лазерной синхронизации, особенно там, где требуется точный контроль относительного положения и фазы лазерных пучков.
Пикосекундная синхронизация для пикосекундных лазеров
Недавно государственная ключевая лаборатория лазерной физики сильного поля Шанхайского института оптического механизма (SIOEM) достигла аттосекундной синхронизации пикосекундных лазерных импульсов на основе независимо построенной системы синхронизации времени. Наука ARSEC является важной ветвью сверхбыстрой оптики и лазерной науки, основной целью которых является обнаружение и манипулирование сверхбыстрыми явлениями, такими как движение электронов, что обеспечивает новую перспективу для понимания фундаментальных законов материального мира. Например, в химических реакциях разрыв и реорганизация молекулярных связей определяются сверхбыстрым движением электронов, а атттосекундная шкала времени дает возможность непосредственно наблюдать и манипулировать этими процессами. AttoSecond (10-18 секунды) в настоящее время является самой короткой единицей по шкале времени, которой люди могут точно манипулировать, и реализация этого сверхвысокого контроля точности не может быть достигнута без поддержки технологии синхронизации времени лазера. Поскольку Picosecond (10-12 S) лазерные импульсы являются важным основным источником света для многих аттосекундных научных экспериментов, как исправить время -дрожание пикосекундных лазеров на уровне аттосекунды, является основой для обеспечения полезности аттасекундной науки.
Результаты опубликованы в лазерной науке и инженерии с высокой мощностью 2024, выпуск 6 (Hongyang Li, Keyang Liu, Ye Tian, Liwei Song, «Коррекция долгосрочных стабильных флуктуаций времени для пикосекундного лазера с точностью на уровне атттосекунды», Sci Sci. Eng. 12, 06000e89 (2024)).
Рисунок 1 Схема синхронизации пикосекундной лазерной
Исследовательская группа также разработала технологию лазерной синхронизации для измерения и предоставления отзывов в реальном времени на пикосекундном лазере с высоким джатичом времени, который контролирует джайтер системы в диапазоне уровня атттосекунды и повышает надежность лазерной системы во время давней работы. Экспериментальная установка показана на рис. 1. Исследовательская группа использовала методику импульсного сжатия многочастотной полости (MPC), сбалансированную оптическую межкорреляционную технику и интерферометрию вблизи поля для измерения времени джиттера, а также разработала систему анализа и управления для коррекции времени в реальном времени. Ограничивая пропускную способность усиления кристалла YB: YAG, ширина выходного импульса твердотельных лазеров, использующих этот кристалл MV/FS, а также джиттер времени предварительно корректируется BOC до 1,12 FS при этой точности измерения, и результат, как показано на рис. 2. На основании этого, фазовое колебание было компенсировано с использованием RMS на основе интерферометрии до 189 в качестве (λ/18) RMS, и результаты показаны на рис. 3.
Рис. 2 (a) Схема некоммутативного BOC, (b) Кривые интеркаляции для ширины импульса 0. 8 PS и 95 FS. (C) Дрифт с отзывом (серая линия) и On (Black Line, Red Line)
Рис. 3 (a) Схема распределения интенсивности интерференционных полос с (красная линия) и без (черная линия) фазовой дрейф (вставка показывает паттерн интерференций), (b) BOC (серая линия) и BOC с интерференциями в одно и то же время (красная линия)
Резюме и перспективы
Связанное исследование предоставляет возможность базовых научных исследований по шкале времени аттосекунды, которая имеет большое научное значение для разработки визуализации атттосекунного разрешения, обнаружения сверхбыстрой динамики и экспериментов с насосами. В будущем точность измерения и стабильность системы будут дополнительно улучшены при более высокой мощности и более сложных многосторонних системах импульсов.
