上海光机所在SEL-100PW激光装置前端精密光同步方面取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室在SEL-100PW激光前端精密光同步方面取得进展。科研团队基于自主建设的时间同步系统实现了超快强激光飞秒级同步。相关研究成果以Timing fluctuation correction for the front end of a 100-PW laser为题，发表在《高功率激光科学与工程》（High Power Laser Science and Engineering）上。

高精度时间同步是促进超快强激光装置与加速器光源等大科学装置协同工作和融合发展的关键技术之一。“硬X射线自由电子激光装置”是我国在建的科技基础设施项目。该项目将建设一台100PW超强激光和一台硬X射线自由电子激光，通过泵浦-探测实验研究极端条件下真空量子电动力学、高能量密度物理等基础科学问题。由于超强激光和X射线激光的脉冲宽度均在20fs量级，两者之间的飞秒级同步是泵浦-探测实验成功开展的基础。

科研团队发展了激光同步技术，对激光装置前端作了高精度时间抖动测量和实时反馈，实现了复杂强激光系统的飞秒级同步。激光装置前端结构如图1所示。该研究利用平衡光学互相关测量、时间延迟反馈等技术，分别对种子源系统、预放大系统作了时间抖动的测量和校正（结果如图2所示）。基于自主搭建的时间同步系统，种子源系统的同步精度达到1.82fs，预防大系统的同步精度达到4.48fs，实现了百太瓦级激光系统的飞秒级同步。该研究为超强激光及同类大科学装置的同步系统建设奠定了技术基础，并为基于超强激光和自由电子激光的联合实验研究提供了条件。

研究工作得到硬X射线自由电子激光装置项目、国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等的支持。

图1. 100PW激光装置前端同步系统示意图。

图2. 时间同步结果。（a）（d）分别为预防大和种子源系统时间同步结果；（b）（e）分别为开环状态下两系统时间漂移情况；（c）（f）为对应环境温度波动。