Pikosaniye lazerleri için Attosecond Saat Senkronizasyonu elde etmek için "Pikosaniye'den Attoseconds'a"
Yüksek Hassas Zaman Senkronizasyon Teknolojisi
UltraShort darbeli lazerlerin geliştirilmesi, insanlığın son derece kısa zaman ölçeklerinde malzeme dünyasını araştırmasını ve manipüle etmesini sağladı ve iki veya daha fazla ultrashort darbeli lazerlerin kombinasyonu bu yeteneği daha fazla boyutta zenginleştirdi. Yüksek hassasiyetli zaman senkronizasyonu, ultrashort-pulse lazerlerin kooperatif çalışmasını gerçekleştirmek için önemli bir teknolojidir. Lazer senkronizasyon teknikleri arasında, dengeli optik çapraz korelasyon (BOC) ve lazer interferometrisi, çoklu lazer kaynaklarının zaman senkronizasyonunu ve faz senkronizasyonunu tam olarak kontrol etmede önemli bir rol oynar. Lazer sistemlerinin yüksek hassasiyetli, çok darbeli sentezi ve stabil çıkışı için kritik destek sağlarlar.
Dengeli optik-korelasyon teknikleri tipik olarak, doğrusal olmayan bir ortama beslenen iki sinyali (örneğin, iki lazer darbesi) karıştırarak toplam frekans sinyalleri üretmeye dayanır. Bu üretilen sinyaller daha sonra, çıkış sinyallerinin yoğunluğundaki farkı ölçerek iki giriş sinyali arasındaki gecikmeyi belirleyen dengeli bir dedektöre gönderilir. Lazer girişim tekniği, lazer ışınının parazit paternini analiz ederek lazerin fazı hakkında bilgi edinir ve çoklu lazer ışını kontrol etmek ve senkronize etmek için kullanılır. Bu teknik, lazer senkronizasyonunda, özellikle lazer ışınlarının nispi pozisyonunun ve fazının kesin kontrolü gerektiğinde son derece önemli bir rol oynar.
Pikosaniye lazerler için pikosaniye senkronizasyonu
Son zamanlarda, Şangay Optik Makine Enstitüsü'nün (SIOEM) güçlü alan lazer fiziğinin devlet anahtar laboratuvarı, bağımsız olarak yapılandırılmış zaman senkronizasyon sistemine dayanarak pikosaniye lazer darbelerinin attosecond senkronizasyonuna ulaşmıştır. ARSEC Science, temel amacı, maddi dünyanın temel yasalarını anlamak için yeni bir bakış açısı sağlayan elektronların hareketi gibi ultra hızlı fenomenleri tespit etmek ve manipüle etmek olan ultra hızlı optik ve lazer biliminin önemli bir dalıdır. Örneğin, kimyasal reaksiyonlarda, moleküler bağların kırılması ve yeniden düzenlenmesi elektronların ultra hızlı hareketi ile belirlenir ve Attosecond zaman ölçeği bu süreçleri doğrudan gözlemleme ve manipüle etme olasılığını sunar. Attosecond (10-18 saniye) şu anda insanların tam olarak manipüle edebileceği zaman ölçeğinde en kısa birimdir ve bu ultra yüksek hassasiyet zaman kontrolünün gerçekleştirilmesi, lazer zaman senkronizasyon teknolojisinin desteği olmadan elde edilemez. Pikosaniye (10-12 s) lazer darbeleri, birçok Attosecond bilimi deneyi için önemli bir temel ışık kaynağı olduğundan, pikosaniye lazerlerin zaman titreşiminin Attosecond seviyesine nasıl düzeltileceği, attosecond bilimin kullanışlılığını sağlamak için temeldir.
Sonuçlar High Power Lazer Bilimi ve Mühendisliği 2024, Sayı 6'da (Hongyang Li, Keyang Liu, Ye Tian, Liwei Şarkısı, "Attosecond-Level Hassasiyeti," Attosecond-Level Hassasiyeti, "Yüksek Power Lazer Sci. Eng. 12, 06000e89 (2024)) için yayınlanmıştır.
Şekil 1 Pikosaniye lazer senkronizasyonunun şeması
Araştırma ekibi, pikosaniye lazeri hakkında yüksek hassasiyetli zaman titreşimi ile ölçmek ve gerçek zamanlı geri bildirimleri ölçmek ve sağlamak için lazer senkronizasyon teknolojisini geliştirdi, bu da sistemin Attosecond-Level aralığında zaman titreşimini kontrol etti ve uzun süreli çalışma sırasında lazer sisteminin güvenilirliğini artırdı. Deney kurulumu Şekil 1'de gösterilmiştir. Araştırma ekibi, çok geçişli boşluk (MPC) nabız sıkıştırma tekniğini, dengeli optik korelasyon tekniğini ve zaman titreşimi ölçümü için yakın alan interferometrisini kullanmış ve zaman sarsıntısının gerçek zamanlı düzeltilmesi için bir analiz ve kontrol sistemi geliştirmiştir. Yb'nin kazanç bant genişliğiyle sınırlandırılan: YAG kristalinin, bu kristal kullanan katı hal lazerlerin çıkış darbesi genişliği genellikle birkaç yüz femtosaniye veya pikosaniye sırasındadır ve MPC'nin kullanılarak BOC'nin 5.5.5'ten ölçümünü iyileştirir. MV/FS ve zaman titreşimi bu ölçüm doğruluğunda BOC tarafından 1.12 FS'ye önceden düzeltilir ve sonuç, Şekil 2'de gösterildiği gibidir. Buna dayanarak, faz dalgalanması (λ/18) rms olarak 189'a kadar bir interferometri bazlı geri bildirim döngüsü kullanılarak telafi edilmiştir ve sonuçlar Şekil 3'te gösterilmiştir.
Şekil 2 (a) -0 'nin nabız genişlikleri için iletişim kuramayan BOC, (b) interkalasyon eğrilerinin şeması. 8 ps ve 95 fs. (c) Geri bildirim (gri çizgi) ve açıkken zamanlama sapması (siyah çizgi, kırmızı çizgi)
Şekil 3 (a) Girişim saçaklarının (kırmızı çizgi) (kırmızı çizgi) ve (siyah çizgi) faz kayması olmadan yoğunluk dağılımının şeması (iç parazit paternini gösterir), (b) BOC (gri çizgi) ve aynı zamanda parazit ile BOC (Kırmızı çizgi) zamanlama jitter düzeltme sonuçları
Özet ve Outlook
İlgili çalışma, Attosecond-çözünürlük görüntüleme, ultra hızlı dinamik algılama ve pompa-prob deneylerinin geliştirilmesi için büyük bilimsel değere sahip olan Attosecond zaman ölçeğinde temel bilimsel araştırma olasılığını sunmaktadır. Gelecekte, daha yüksek güç ve daha karmaşık çoklu lazer nabız sistemlerinde ölçüm doğruluğu ve sistem stabilitesi daha da geliştirilecektir.
