近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)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。科研團隊基于自主建設(shè)的時間同步系統(tǒng)實現(xiàn)了超快強激光飛秒級同步。相關(guān)研究成果以Timing fluctuation correction for the front end of a 100-PW laser為題，發(fā)表在《高功率激光科學(xué)與工程》（High Power Laser Science and Engineering）上。

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(xué)裝置協(xié)同工作和融合發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一?！坝瞂射線自由電子激光裝置”是我國在建的科技基礎(chǔ)設(shè)施項目。該項目將建設(shè)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(xué)、高能量密度物理等基礎(chǔ)科學(xué)問題。由于超強激光和X射線激光的脈沖寬度均在20fs量級，兩者之間的飛秒級同步是泵浦-探測實驗成功開展的基礎(chǔ)。

科研團隊發(fā)展了激光同步技術(shù)，對激光裝置前端作了高精度時間抖動測量和實時反饋，實現(xiàn)了復(fù)雜強激光系統(tǒng)的飛秒級同步。激光裝置前端結(jié)構(gòu)如圖1所示。該研究利用平衡光學(xué)互相關(guān)測量、時間延遲反饋等技術(shù)，分別對種子源系統(tǒng)、預(yù)放大系統(tǒng)作了時間抖動的測量和校正（結(jié)果如圖2所示）。基于自主搭建的時間同步系統(tǒng)，種子源系統(tǒng)的同步精度達(dá)到1.82fs，預(yù)防大系統(tǒng)的同步精度達(dá)到4.48fs，實現(xiàn)了百太瓦級激光系統(tǒng)的飛秒級同步。該研究為超強激光及同類大科學(xué)裝置的同步系統(tǒng)建設(shè)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，并為基于超強激光和自由電子激光的聯(lián)合實驗研究提供了條件。

研究工作得到硬X射線自由電子激光裝置項目、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團隊計劃等的支持。

圖1.?100PW激光裝置前端同步系統(tǒng)示意圖。

圖2.?時間同步結(jié)果。（a）（d）分別為預(yù)防大和種子源系統(tǒng)時間同步結(jié)果；（b）（e）分別為開環(huán)狀態(tài)下兩系統(tǒng)時間漂移情況；（c）（f）為對應(yīng)環(huán)境溫度波動。