"Des picosecondes aux attosecondes" pour atteindre la synchronisation de gigue d'attoseconde pour les lasers picosecondes
Technologie de synchronisation des temps de haute précision
Le développement de lasers pulsés ultra-terrains a permis à l'humanité de sonder et de manipuler le monde des matériaux dans des échelles de temps extrêmement courtes, et la combinaison de deux lasers pulsés ultra-terrains ou encore plus ultra-cols a enrichi cette capacité en plus de dimensions. La synchronisation du temps de haute précision est une technologie clé pour réaliser le travail coopératif des lasers à impulsions ultra-col. Parmi les techniques de synchronisation laser, la corrélation croisée optique équilibrée (BOC) et l'interférométrie laser jouent un rôle important dans le contrôle précisément de la synchronisation temporelle et de la synchronisation de phase de plusieurs sources laser. Ils fournissent un support critique pour la synthèse de haute précision et multi-impulsion et la sortie stable des systèmes laser.
Les techniques de corrélation optique équilibrées reposent généralement sur la génération de signaux de fréquence de somme en mélangeant deux signaux (par exemple, deux impulsions laser) alimentées dans un milieu non linéaire. Ces signaux générés sont ensuite envoyés à un détecteur équilibré, qui détermine le retard entre les deux signaux d'entrée en mesurant la différence d'intensité des signaux de sortie. La technique d'interférence laser obtient des informations sur la phase du laser en analysant le motif d'interférence du faisceau laser et est utilisé pour contrôler et synchroniser plusieurs faisceaux laser. Cette technique joue un rôle extrêmement important dans la synchronisation laser, en particulier lorsque un contrôle précis de la position relative et de la phase des faisceaux laser est nécessaire.
Synchronisation picoseconde pour les lasers picosecondes
Récemment, le laboratoire clé de l'État de la physique laser à champ fort du Shanghai Institute of Optical Machinery (SIOEM) a atteint la synchronisation attoseconde des impulsions laser picosecondes basées sur le système de synchronisation temporelle construit indépendamment. L'ARSEC Science est une branche importante de l'optique ultra-rapide et de la science laser, dont l'objectif principal est de détecter et de manipuler des phénomènes ultra-rapides tels que le mouvement des électrons, qui fournit une nouvelle perspective pour comprendre les lois fondamentales du monde matériel. Par exemple, dans les réactions chimiques, la rupture et la réorganisation des liaisons moléculaires sont déterminées par le mouvement ultra-rapide des électrons, et l'échelle de temps attoseconde offre la possibilité d'observer et de manipuler directement ces processus. L'attoseconde (10-18 seconde) est actuellement l'unité la plus courte de l'échelle de temps que les humains peuvent manipuler avec précision, et la réalisation de ce contrôle de temps de précision ultra-élevé ne peut pas être obtenu sans le support de la technologie de synchronisation du temps laser. Étant donné que les impulsions laser picoseconde (10-12 s) sont une source de lumière de base importante pour de nombreuses expériences de science attoseconde, comment corriger la gigue de lasers picosecondes au niveau attoseconde est la base pour assurer l'utilisation de la science attoseconde.
Les résultats sont publiés dans High Power Laser Science and Engineering 2024, Numéro 6 (Hongyang Li, Keyang Liu, Ye Tian, Liwei Song, «Correction de fluctuation de timing à long terme pour un laser Picoseconde avec Attoseconde-Level Preciacy», High Power Laser Sci. Eng. 12, 06000E89 (2024)).
Figure 1 Schéma de la synchronisation laser picoseconde
L'équipe de recherche a développé la technologie de synchronisation laser pour mesurer et fournir des commentaires en temps réel sur le laser picoseconde avec une gigue de temps de haute précision, qui contrôle la gigue de temps du système dans la plage de niveau attoseconde et améliore la fiabilité du système laser pendant le fonctionnement de longue date. La configuration expérimentale est montrée sur la figure 1. L'équipe de recherche a utilisé la technique de compression d'impulsions de la cavité multi-pass (MPC), la technique inter-corrélation optique équilibrée et l'interférométrie de près en champ proche pour la mesure de la gigue temporelle et ont développé un système d'analyse et de contrôle pour la correction en temps réel de Jitter en temps réel. Limitant à la bande passante de gain du cristal YB: YAG, la largeur d'impulsion de sortie des lasers à l'état solide utilisant ce cristal est généralement de l'ordre de plusieurs centaines de simtosecondes ou même de picosecondes, et la compression de {{10}. MV / FS, et la gigue de temps est pré-corrigée par le BOC à 1,12 FS à cette précision de mesure, et le résultat est comme indiqué sur la figure 2. En fonction de cela, la fluctuation de phase a été compensée en utilisant une boucle de rétroaction basée sur l'interférométrie à 189 As (λ / 18) RMS, et les résultats sont indiqués sur la figure 3.
Fig. 2 (a) Schéma du BOC non commun, (b) Courbes d'intercalation pour les largeurs d'impulsion de 0. 8 ps et 95 fs. (c) Drift de synchronisation avec rétroaction (ligne grise) et sur (ligne noire, ligne rouge)
Fig. 3 (a) schéma de la distribution d'intensité des franges d'interférence avec (ligne rouge) et sans (ligne noire) dérive de phase (encadré montre le motif d'interférence), (b) BOC (ligne grise) et BOC avec des interférences sur le même temps (ligne rouge) Résultats de correction de gamme de chronoménage
Résumé et perspective
L'étude connexe offre la possibilité d'une recherche scientifique fondamentale sur l'échelle de temps attoseconde, qui est d'une grande valeur scientifique pour le développement de l'imagerie à résolution d'attoseconde, de la détection de dynamique ultrardive et des expériences de serbe-robe. À l'avenir, la précision de la mesure et la stabilité du système seront encore améliorées en puissance plus élevée et des systèmes d'impulsions multi-laser plus complexes.
