如果你想深入了解分子或其他样品中的化学、电子或结构转变,你最终将进行时间分辨的x射线实验。

这些实验使用泵浦探针装置,首先用飞秒激光将样品“泵浦”到激发态,然后样品从激发态弛豫。然后,用第二激光“探测”弛豫过程,例如用自由电子激光(FEL)的超短脉冲。在这样的实验中,所有系统都必须在主时钟给出的共享时基上工作。尽管自由电子激光的探测过程可能提供飞秒的时间分辨率,但最终实验的准确性往往受到同步问题的限制。但是,如何解决这些局限性呢?

解决方案是将泵浦和探测激光器同步到相同的RF信号,例如设施的RF主振荡器。对于高精度的光RF同步,BOMPD是一种最佳解决方案。它在光域中检测激光振荡器和RF信号之间的相位差。在那里,可以进行比使用光电探测的电磁区域更高精度的测量。因此,泵浦激光器可以最佳地与设施的主时钟同步,并且在设置中可以实现主时钟和激光器之间小于20fs的时间抖动。

后者正是日本播磨SPring-8埃紧凑型自由电子激光器(SACLA)的Tadashi Togashi博士在最近的出版物中报道的。通过在他的装置中实现BOMPD,他可以将泵浦探针结构的时间抖动提高近一个数量级,现在为他的超快电子衍射装置提供了优于50fs的时间分辨率。

超快电子衍射

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References

1. T. Togashi et al., “Femtosecond Optical Laser System with Spatiotemporal Stabilization for Pump-Probe Experiments at SACLA,” Applied Sciences, 10 (21), 7934 (2020).

2. K. Şafak, H.P.H. Cheng, A. Dai, P. Schiepel, E. Cano, J. Derksen, A. Berlin, M. Neuhaus, and F. X. Kärtner, “Balanced optical-microwave phase detector for 800-nm pulsed lasers with sub-femtosecond resolution,” Proceedings of 39th FEL Conference, WEP003, pp. 322 – 324 (2019).

3. M.J. Peng, A. Kalaydzhyan, and F.X. Kärtner, “Balanced optical-microwave phase detector for sub-femtosecond optical-RF synchronization,” Opt. Express 22, 27102-27111 (2014).

4. Takahiro Sato et al., “Development of ultrafast pump and probe experimental system at SACLA,” J. Phys.: Conf. Ser. 425 092009, (2013).

J. Kim, F.X. Kärtner and F. Ludwig, “Balanced optical-microwave phase detectors for optoelectronic phase-locked loops,” Opt. Lett. 31 (24), 3659-3661 (2006).