ピコ秒レーザーのアト秒時間ジッター同期を達成するための「ピコ秒からアト秒まで」
高精度の同期テクノロジー
ウルトラショートパルスレーザーの開発により、人類は非常に短い時間スケール内で材料の世界を調査し、操作することができ、2つまたはさらに多くの超衝撃パルスレーザーの組み合わせにより、この能力がより多くの次元で濃縮されました。高精度時間同期は、超微量パルスレーザーの協力作業を実現するための重要な技術です。レーザー同期技術の中で、バランスの取れた光学相互相関（BOC）とレーザー干渉法は、複数のレーザーソースの時間同期と位相同期を正確に制御する上で重要な役割を果たします。それらは、レーザーシステムの高精度、マルチパルス合成、および安定した出力に対する重要なサポートを提供します。
バランスの取れた光学相互相関技術は、通常、非線形培地に供給された2つの信号（2つのレーザーパルスなど）を混合することにより、和周波シグナルの生成に依存します。次に、これらの生成された信号がバランスのある検出器に送信され、出力信号の強度の差を測定することにより、2つの入力信号間の遅延を決定します。レーザー干渉技術は、レーザービームの干渉パターンを分析することにより、レーザーの位相に関する情報を取得し、複数のレーザービームを制御および同期するために使用されます。この手法は、特にレーザービームの相対位置と位相の正確な制御が必要な場合、レーザー同期において非常に重要な役割を果たします。
ピコ秒レーザーのピコ秒同期
最近、Shanghai Shanghai Institute of Topical Machinery（SIOEM）のストロングフィールドレーザー物理学の州の主要な研究所は、独立して構築された時間同期システムに基づいて、ピコ秒レーザーパルスのアト秒同期を達成しました。 ARSEC Scienceは、超高速光学科学とレーザー科学の重要な分野であり、その中心的な目標は、電子の動きなどの超高速現象を検出および操作することであり、物質世界の基本法則を理解するための新しい視点を提供します。たとえば、化学反応では、分子結合の破壊と再編成は電子の超高速運動によって決定され、極端な時間スケールは、これらのプロセスを直接観察および操作する可能性を提供します。 Attosecond（{10-18秒）は、現在、人間が正確に操作できるタイムスケールで最も短い単位であり、この超高精度の制御の実現は、レーザー時間同期技術のサポートなしでは実現できません。 Picosecond（{10-12 s）レーザーパルスは多くのアト秒科学実験の重要な基本光源であるため、ピコ秒レーザーの時間ジッターをアト秒レベルまで修正する方法は、アト秒科学の有用性を確保するための基礎です。
結果は、高電力レーザーサイエンスアンドエンジニアリング2024、第6号（Hongyang Li、Keyang Liu、Ye Tian、Liwei Song、「Attosecondレベルの精度を備えたピコ秒レーザーの長期安定タイミング変動補正」、高電力レーザーSci。Eng。12、06000E89（2024））に掲載されています。
図1ピコセカンドレーザー同期の概略図
研究チームはさらに、レーザー同期テクノロジーを開発して、ピコ秒レーザーに関するリアルタイムのフィードバックを高精度タイムジッターで測定および提供しました。実験セットアップを図1に示します。研究チームは、マルチパスキャビティ（MPC）パルス圧縮技術、バランスの取れた光学相互相関技術、および時間ジッター測定のための近距離場干渉法を利用し、時間ジッターのリアルタイム補正のための分析と制御システムを開発しました。 Yb：Yagクリスタルのゲイン帯域幅に制限すると、このクリスタルを利用する固体レーザーの出力パルス幅は通常、数百のフェメト秒またはピコ秒程度になり、0}}。 MV/FS、および時間ジッターはこの測定精度でBOCによって1.12 FSに事前に補正され、結果は図2に示されています。これに基づいて、干渉測定ベースのフィードバックループを使用して（λ/18）rmsに相当する位相変動を補正し、結果は図3に示されています。
図2（a）0。8PSおよび95 fsのパルス幅の挿入曲線の非局在BOCの概略図。 （c）フィードバック（灰色の線）および上（黒い線、赤い線）のタイミングドリフト
図3（a）干渉フリンジの強度分布の概略図（赤い線）および（黒い線）位相ドリフトなし（挿入図は干渉パターンを示しています）、（b）BOC（灰色の線）、およびBOCと同時に（赤い線）タイミングジッター修正結果
概要と見通し
関連する研究は、アト秒分解能イメージング、超高速ダイナミクス検出、およびポンププローブ実験の開発に大きな科学的価値がある極端な時間尺度に関する基本的な科学研究の可能性を提供します。将来、測定精度とシステムの安定性は、より高い出力とより複雑なマルチレーザーパルスシステムでさらに改善されます。
