概述
若要探究分子及其他样品内部的化学转变、电子跃迁或结构演化过程，科研人员通常会采用时间分辨 X 射线实验开展研究。
该类实验依托泵浦 - 探测装置开展工作：首先利用飞秒激光作为泵浦光，将样品激发至高能态，待样品开始弛豫后，再借助另一束激光（例如自由电子激光器（FEL）输出的超短脉冲）作为探测光进行检测。整套实验的所有设备都必须基于主时钟提供的统一时间基准协同运行。即便自由电子激光探测可实现飞秒级时间分辨率，实验整体精度往往仍受限于设备间的同步误差。如何解决这一技术瓶颈，成为关键问题。
对应的解决方案是将泵浦激光与探测激光同步至同一射频信号（例如装置的射频主振荡器）。而 BOMPD 是实现光信号与射频信号高精度同步的理想器件。该器件在光域内检测激光振荡器与射频信号之间的相位差，相比传统光电探测的电磁检测方式，其测量精度更高。借助该方案，泵浦激光可与装置主时钟实现精准同步，整套系统中主时钟与激光之间的时间抖动可控制在 20 飞秒以内。 日本播磨地区SPring-8 紧凑型自由电子激光器（SACLA）的Tadashi Togashi博士在近期发表的论文中证实了该技术的效果。他在实验装置中搭载 BOMPD 后，泵浦 - 探测系统的时间抖动性能提升了近一个数量级，令这套超快电子衍射装置的时间分辨率优于 50 飞秒。
参考文献
[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).[5] 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).
