同步輻射與激光結(jié)合的實(shí)驗(yàn)主要為所謂的雙色類(lèi)型試驗(yàn)即某一波長(zhǎng)的激光(或同步輻射)光子激發(fā)樣品后由另一波長(zhǎng)的同步輻射(或激光)光子進(jìn)行探測(cè).由于激光和同步輻射都是脈沖光源實(shí)驗(yàn)要求將激光與同步輻射進(jìn)行同步化。

　　同步輻射光的脈沖性質(zhì)是由電子儲(chǔ)存環(huán)中電子的束結(jié)構(gòu)所決定的.對(duì)于單一電子束運(yùn)轉(zhuǎn)情況脈沖周期t由電子儲(chǔ)存環(huán)周長(zhǎng)L可以估算出：t=L/c其中c為光速.在大多數(shù)第三代同步輻射裝置上由于高輻射亮度要求多電子束運(yùn)轉(zhuǎn)這時(shí)同步輻射光脈沖周期t相應(yīng)地縮短n倍(n為電子束數(shù)).目前同步輻射光源的典型脈寬是幾十皮秒多束轉(zhuǎn)運(yùn)脈沖周期多為幾個(gè)納秒占空因子Δt/t約為10-2—10-3.如果使用一個(gè)連續(xù)激光光源一般希望同步輻射的電子存儲(chǔ)環(huán)內(nèi)注入較多的電子束運(yùn)轉(zhuǎn)使同步輻射光源的重復(fù)工作頻率盡可能地提高以產(chǎn)生大的占空因子Δt/t和連續(xù)激光相適應(yīng).在脈沖激光的情況下激光脈沖和同步輻射光脈沖的同步是非常關(guān)鍵的.對(duì)于像鎖模激光器或者飛秒激光振蕩器這類(lèi)工作在高重復(fù)率(典型重復(fù)率是80MHz)的激光器而言它的輸出光脈沖與高重復(fù)頻率的同步輻射光脈沖可能產(chǎn)生部分重疊即發(fā)生偶然同步滿足某些實(shí)驗(yàn)要求.如果同步輻射光源與一個(gè)低重復(fù)的激光光源(如準(zhǔn)分子激光器或Nd∶YAG激光器)相結(jié)合則需要嚴(yán)格的脈沖同步化以提高實(shí)驗(yàn)效率.脈沖同步化的時(shí)間基準(zhǔn)通常取自同步輻射裝置中用于補(bǔ)充電子束能量的射頻源.射頻源的時(shí)間信號(hào)往往需要通過(guò)一個(gè)電子學(xué)分頻器分頻后作為脈沖信號(hào)輸出觸發(fā)激光器振蕩.這時(shí)同步輻射光脈沖重復(fù)頻率與激光脈沖頻率恰為整數(shù)倍，時(shí)代超聲波探傷儀使得某些同步輻射的光脈沖完全和激光脈沖發(fā)生重疊.由于同步輻射電子束注入運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后電子束發(fā)散度的變化會(huì)帶來(lái)同步輻射光脈沖結(jié)構(gòu)的變化實(shí)際在實(shí)驗(yàn)上還需進(jìn)一步監(jiān)測(cè)兩個(gè)脈沖的時(shí)間、空間重疊情況。并且為了提高信噪比，測(cè)量電子學(xué)系統(tǒng)也往往采用時(shí)間門(mén)電子學(xué)計(jì)數(shù)技術(shù)扣除各種背景噪音。

　　同步輻射與激光相結(jié)合可以應(yīng)用在光電子能譜、質(zhì)譜、吸收、發(fā)光光譜等譜學(xué)中.結(jié)合同步輻射和激光的雙色實(shí)驗(yàn)具有一些其他方法不能比擬的優(yōu)點(diǎn)。例如兩光子可以達(dá)到很寬的激光能量范圍產(chǎn)生與單光子過(guò)程完全不同的終態(tài)進(jìn)而大大擴(kuò)展了以往的實(shí)驗(yàn)研究范圍和補(bǔ)充了單一光源的單光子過(guò)程所能得到的信息.另外由于雙色實(shí)驗(yàn)基本上是一個(gè)兩步過(guò)程使用的光源都是脈沖的如果同步兩個(gè)光源并改變兩個(gè)光脈沖的相對(duì)時(shí)間延遲則可以進(jìn)行時(shí)間分辨激發(fā)態(tài)過(guò)程的研究。

　　早期研究主要是氣態(tài)或固態(tài)樣品雙色光子產(chǎn)生的吸收譜測(cè)量。第一個(gè)利用同步輻射和激光結(jié)合的實(shí)驗(yàn)是1980年Saile在德國(guó)漢堡同步輻射裝置(DORIS)上完成的。Saile通過(guò)測(cè)量同步輻射激發(fā)吸附在金屬表面的Kr原子的激子態(tài)并用N2激光器光脈沖電離所產(chǎn)生的光電子產(chǎn)額研究稀有氣體固體Kr的激子結(jié)構(gòu)及其弛豫過(guò)程.由于選擇定則的不同這一實(shí)驗(yàn)觀察到了多個(gè)新的激子態(tài).這種雙色實(shí)驗(yàn)也可以通過(guò)虛中間態(tài)共振實(shí)現(xiàn).由于同步輻射的光子能量很高這種結(jié)合技術(shù)特別適用于研究像KI,KCl,NaCl和BaF2等一類(lèi)寬帶隙的介電體的電子結(jié)構(gòu).此外這一方法還被應(yīng)用在研究高能光子在晶體中產(chǎn)生的色心、有機(jī)染料分子的瞬態(tài)弛豫等等。

　　同步輻射與激光結(jié)合在原子分子激發(fā)態(tài)結(jié)構(gòu)、特性和動(dòng)力學(xué)的研究中有著廣泛的應(yīng)用.對(duì)于自由原子分子利用激光優(yōu)異的偏振、光譜分辨和可調(diào)諧性能可以實(shí)現(xiàn)原子分子的態(tài)選擇激發(fā)或特定瞬態(tài)產(chǎn)物的產(chǎn)生然后利用同步輻射的高能光子將其電離.這種泵浦-探測(cè)(pump-probe)實(shí)驗(yàn)可以提供豐富的高分辨的態(tài)選擇信息。

　　激光與同步輻射相結(jié)合發(fā)展成為一個(gè)新的研究技術(shù)進(jìn)一步的應(yīng)用仍在開(kāi)拓例如利用具有特定偏振的激光來(lái)研究同步輻射高能光子產(chǎn)生的原子實(shí)能級(jí)激發(fā)在原子、分子、團(tuán)簇以及固體中誘導(dǎo)的有關(guān)過(guò)程對(duì)認(rèn)識(shí)電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)是十分有效的方法；另外各種過(guò)程的時(shí)間分辨泵浦-探測(cè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的研究時(shí)間分辨可以達(dá)10-11s測(cè)量的時(shí)間窗口由于同步輻射脈沖結(jié)構(gòu)的限制一般在10-8s區(qū)間.這一方法可以應(yīng)用于納米尺度器件近表面?zhèn)鬏斕匦缘谋碚鬟@時(shí)預(yù)期表面效應(yīng)和電子的非平衡態(tài)分布對(duì)過(guò)程的影響都是非常重要的.新一代同步輻射光源-自由電子激光將集激光和同步輻射這兩種光源的優(yōu)異特性于一體，在不久將來(lái)它的誕生將不僅是技術(shù)上的革命而且有可能帶來(lái)新的科學(xué)。