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近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在SEL-100PW激光前端精密光同步方面取得進(jìn)展?？蒲袌F(tuán)隊(duì)基于自主建設(shè)的時(shí)間同步系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超快強(qiáng)激光飛秒級(jí)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(shí)間同步是促進(jìn)超快強(qiáng)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。“硬X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(xiàng)目。該項(xiàng)目將建設(shè)一臺(tái)100PW超強(qiáng)激光和一臺(tái)硬X射線自由電子激光，通過泵浦-探測實(shí)驗(yàn)研究極端條件下真空量子電動(dòng)力學(xué)、高能量密度物理等基礎(chǔ)科學(xué)問題。由于超強(qiáng)激光和X射線激光的脈沖寬度均在20fs量級(jí)，兩者之間的飛秒級(jí)同步是泵浦-探測實(shí)驗(yàn)成功開展的基礎(chǔ)。

科研團(tuán)隊(duì)發(fā)展了激光同步技術(shù)，對(duì)激光裝置前端作了高精度時(shí)間抖動(dòng)測量和實(shí)時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜強(qiáng)激光系統(tǒng)的飛秒級(jí)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(shí)間延遲反饋等技術(shù)，分別對(duì)種子源系統(tǒng)、預(yù)放大系統(tǒng)作了時(shí)間抖動(dòng)的測量和校正（結(jié)果如圖2所示）。基于自主搭建的時(shí)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(shí)現(xiàn)了百太瓦級(jí)激光系統(tǒng)的飛秒級(jí)同步。該研究為超強(qiáng)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(qiáng)激光和自由電子激光的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)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(xiàng)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(tuán)隊(duì)計(jì)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(shí)間同步結(jié)果。（a）（d）分別為預(yù)防大和種子源系統(tǒng)時(shí)間同步結(jié)果；（b）（e）分別為開環(huán)狀態(tài)下兩系統(tǒng)時(shí)間漂移情況；（c）（f）為對(duì)應(yīng)環(huán)境溫度波動(dòng)。