【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室在SEL-100PW激光前端精密光同步方面取得進展。研究團隊基于自主建設的時間同步系統實現了超快強激光飛秒級同步。相關成果以“Timing fluctuation correction for the front end of a 100-PW laser”為題發表于High Power Laser Science and Engineering。
高精度時間同步是促進超快強激光裝置與加速器光源等大科學裝置協同工作，融合發展的關鍵技術之一。“硬X射線自由電子激光裝置”是我國在建最大的科技基礎設施項目，它將建設一臺100PW超強激光和一臺硬X射線自由電子激光，通過泵浦-探測實驗研究極端條件下真空量子電動力學、高能量密度物理等基礎科學問題。由于超強激光和X射線激光的脈沖寬度均在20fs量級，兩者間飛秒級同步是泵浦-探測實驗成功開展的基礎。
研究團隊發展激光同步技術，對激光裝置前端進行高精度時間抖動測量和實時反饋，實現了復雜強激光系統的飛秒級同步。激光裝置前端結構如圖1所示，研究團隊利用平衡光學互相關測量、時間延遲分部反饋等技術分別對種子源系統、預放大系統進行時間抖動的測量和校正，結果如圖2所示。基于自主搭建的時間同步系統，種子源系統的同步精度達到1.82 fs，預防大系統的同步精度達以4.48 fs，國際首次實現百太瓦級激光系統的飛秒級同步。該研究為超強激光及同類大科學裝置的同步系統建設奠定技術基礎，為基于超強激光和自由電子激光的聯合實驗研究提供條件。
該工作得到硬X射線自由電子激光裝置項目、國家自然科學基金、中國科學院人才引進計劃、中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃等項目支持。
圖1 100PW激光裝置前端同步系統示意圖。
圖2 時間同步結果。(a)、(d)分別為預防大和種子源系統時間同步結果；(b)、(e)分別為開環狀態下兩系統時間漂移情況；(c)、(f)為對應環境溫度波動。
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