同步輻射與激光結(jié)合的實(shí)驗(yàn)主要為所謂的雙色類型試驗(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)用仍在開拓例如利用具有特定偏振的激光來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，在不久將來它的誕生將不僅是技術(shù)上的革命而且有可能帶來新的科學(xué)。