通過新的應用與(yu) 傳(chuan) 統激光器市場的占有率對比，光纖激光器的市場進一步提升是有可能的。研究人員也正在使超快光纖激光技術應用在多用戶應用上，如斯坦福SLAC 國家加速器實驗室(National Accelerator Laboratory in Stanford)和勞倫(lun) 斯伯克利國家實驗室（LBNL）(Lawrence Berkeley National Laboratory in Berkeley)，他們(men) 都在加利福尼亞(ya) 州。同步加速器和自由電子激光器（FELs）的發展，給研究者提供了通往更亮、更短的X 射線源。多年來，斯坦福同步輻射光源（SSRL）提供X 射線脈衝(chong) ，研究材料的分子和晶體(ti) 結構。最近，一個(ge) “低-α 模式”的研發，X 射線脈衝(chong) 可達到1 ps。

同時，在斯坦福直線加速器中心（SLAC）的直線加速器相幹光源(LCLS)提供亞(ya) 百飛秒脈衝(chong) ，在波長短至0.15nm 時大約1012 個(ge) X 射線光子。這些超快穩固的X 射線脈衝(chong) ，同時具有高的空間和時間的連貫性，使新的科學領域的研究從(cong) 3-D 成像和重要的生物分子動力學研究到表征物質的瞬時狀態研究。

 在同步加速器和自由電子激光器（FELs）裏，能量是通過電子束在一變化的磁場中傳(chuan) 遞得到的。電子行進路線受變換極性的磁體(ti) 陣列影響，來回彎曲，導致以光的形式釋放能量。就同步加速器而言，激光是空間不連續的，典型脈衝(chong) 是100fs，但是自由電子激光器（FELs）發射出強烈的空間相幹光光束，脈寬短至幾十飛秒。為(wei) 了工作在穩定的X 射線波長，電子束必須緊束，以便他們(men) 與(yu) 釋放出來的光相互相幹（有效地實現受激輻射）。

因為(wei) 自由電子激光器FEL 沒有諧振腔並且是一個(ge) 單通的設備，需要一束非常明亮的激光束來達到增益飽和狀態。有時這是通過使用傳(chuan) 統的超快激光源（如的Nd：YLF 或摻鈦藍寶石），激發在加速的射頻區域中的光電陰極，充當電子注射器來實現的。通過超快激光鎖定到主時鍾得到同步信號。主時鍾正在控製直線性加速器。

圖1. 同步器原理圖/結構簡圖

另外，世界各地的一些同步加速器，使用傳(chuan) 統的超快光源，時間分辨束線（time-resolved beamlines）已經被開發，實現泵浦探測-研究。然而，對於(yu) 這每一個(ge) 結構，一個(ge) 重大的缺陷是：傳(chuan) 統的固態超快放大器通常消耗巨大的光學平台，並需要日常維護保證它最佳的性能。

斯坦福大學教授亞(ya) 倫(lun) 林登貝格（Aaron Lindenberg）在斯坦福同步輻射實驗室使用Calmar公司Cazadero 係列的一鍵式超快光纖激光器克服了這個(ge) 問題。設計應用在OEM 醫療和微電子加工，激光器結構緊湊，體(ti) 積小，設置簡單，方便安裝，便於(yu) 調整光束。此外，它的高脈衝(chong) 能量（高達20uJ <500fs）和高重頻發揮了斯坦福同步輻射實驗室的優(you) 勢。實現了一個(ge) 良好的信噪比（time-resolved）的時間分辨的研究。

圖2. 互相關(guan) cross-correlation 信號同步發生器脈衝(chong) 寬度

在林登貝格的初步實驗中，工作頻率在1.28MHz 的超快光纖激光器，已經成功被鎖相到同步加速器476MHz 射頻信號上（如圖1），定時抖動時間小於(yu) 1ps，而且直接被用於(yu) 測量X射線脈寬。圖2 顯示在脈衝(chong) X 射線模式下同步脈衝(chong) 的直接測量結果。實驗是由激光器鎖相的1030nm 輸出光通過自相關(guan) 產(chan) 生的500nm 可見光進入硼酸鋇晶體(ti) ，檢測的混頻信號在340nm。記錄的最短的脈衝(chong) 寬度~3ps。

光學的同步性和X 射線脈衝(chong) 保證一項特殊的泵浦探測實驗（如圖3）。光纖激光係統輸出的高能量脈衝(chong) 泵浦或者激發，誘導出一種物理或光化學轉化。這樣的變化接著在原子量級被同步加速器的X 射線脈衝(chong) 探測到。通過不同脈衝(chong) 探測的到達時間，這個(ge) 動態過程可以作為(wei) 發生在原子量級結構變化X 射線影像。該方法正被用於(yu) 對納米係統激發態動力學獲得一個(ge) 更好的理解中，也是從(cong) 他們(men) 相應的散裝結構中區分出來的方法。

 圖3. X 射線測角器，在中心，一個(ge) 樣品同時被X 射線和CAZADERO 激光係統二次倍頻光（515nm）照亮。

在最近的研究中，林登貝格研究小組使用這個(ge) 激光光源於(yu) 納米晶體(ti) 硒化銀係統，成功通過X 射線捕獲到發生在在超快時間內(nei) 的結構變化。雖然這些初步的研究是非常令人鼓舞，為(wei) 了進一步提高信噪比的水平，提高探測器和樣品輸送係統現在正在開發當中。未來的研究將有望深入到發展獨特的催化劑和更高效的光伏材料。

在勞倫(lun) 斯伯克利國家實驗室，Cazadero 也被選為(wei) 保證名為(wei) “下一代光源的”的光源的發展。在這種情況下，激光器再一次相位鎖定，但是用來照射陰極產(chan) 生電子束，被加速到高能量射頻腔。這個(ge) 係統已經作為(wei) 下一代光源的電子注射器正在被開發。

下一代光源是一個(ge) 自由電子激光器，產(chan) 生X 射線到千電子伏特能量級，而且是唯一的工作在兆赫茲(zi) 重複頻率。隨陰極材料的選擇，激光器將工作在基本波長1030nm，二次諧波515nm，或者四次諧波257.5nm。“選擇陰極激光係統對於(yu) 用於(yu) 支持用戶設備的機器的設計是至關(guan) 重要的” 勞倫(lun) 斯伯克利先進光源實驗組係統領導Howard Padmore 說，“我們(men) 不能容忍任何人幹預對每日的基礎，Cazadero 是一個(ge) 提供可重複的，操作穩定的，一個(ge) 簡單的打開/關(guan) 閉開關(guan) 的獨特的係統。另外，它對不同類型的陰極以及頻率鎖定，提供了所有關(guan) 鍵技術指標如平均功率，重複頻率和脈衝(chong) 寬度。”

下一代光源的高重複頻率，高亮度的X 射線源，確保動力學的影視成像，多種多樣係統結構的測定，和開發新型非線性X 射線光譜。