这种方法可以帮助回答物理和化学中的关键问题，例如哪些键首先被打破，或者原子和电子在化学反应中如何重新排列。这项技术的主要优点是，来自自由电子激光或FEL的极端紫外线辐射可以充当一个特定位置的探针，因为它只电离分子内的特定原子。学习实现 FEL 和光学激光束之间的空间和时间重叠受益于视觉演示，因为使用了非常具体的诊断，而且效果可能很微妙。
演示这个程序将是德米特里奥斯隆波蒂斯，物理学家在闪光自由电子激光在DESY。首先，验证离子探测器、电子探测器和离子光谱仪电极的高压功率是否关闭。使用仪器软件关闭 FEL 和光学激光百叶窗。
配置安装在光束线路中的滤波器和衰减器，使 FEL 脉冲能量和光学激光功率降低到 1% 以下。然后将 Cerium YAG 光束查看屏幕插入交互区域。打开 FEL 快门，然后通过 CCD 相机检查屏幕。
如果屏幕上无法检测到光束点，则稍微增加光束强度。找到光束点后，将 FEL 光束位置标记为摄像机数据采集软件中感兴趣的区域。然后打开光学激光快门并关闭 FEL 快门。
调整转向镜，使光学激光束与标记的 FEL 光束位置对齐。重复此光束阻塞过程以优化空间重叠并验证重叠是否稳定。光束对齐后，拆下光束查看屏幕。
打开探测器和光谱仪电极电源。确保与快速示波器相连的快速光电二极管与可移动网格一起安装在 FEL 光束上，以将少量散射光子转移到二极管上。将 FEL 脉冲能量和光学激光功率降低至 1% 传输。
然后关闭 FEL 和光学激光百叶窗。将散射网格插入光束中。调整网格位置、FEL 脉冲能量和光学激光功率，使每个光束产生清晰的信号，并且两个信号具有相同的高度。
然后关闭光学激光快门。配置快速示波器，以使用可用的最佳时间基数，并收集大约 100 个平均值进行跟踪。单独记录并保存 FEL 光束的参考轨迹。
然后关闭 FEL 快门并打开光学激光快门。将光学激光的轨迹与FEL参考微量进行比较。然后改变光学激光脉冲到达时间，使光学激光信号的启动精确匹配FEL信号的启动。
重复光束阻塞和信号开始比较，以确认 FEL 和光学激光脉冲精确对齐。请注意 FEL 和光学激光脉冲重叠的时间，作为 T0 的初始估计值。要开始微调 T0，请将 FEL 和光学激光器衰减到足够程度，以避免在将 Xenon 气体引入系统时损坏离子和电子探测器。确保光谱仪处于飞行模式。
然后通过气体喷射或允许 Xenon 气体通过针阀进入疏散室，将 Xenon 气体引入腔室。如果使用后一种方法，则在 1 倍 10 到负 7 和 1 倍 10 到负 6 毫巴之间获得室压力。记录飞行频谱的 Xenon 离子时间。
然后关闭 FEL 快门并调整 FEL 脉冲能量，使 Xenon 2 加和 xenon 3 加在飞行频谱和更高的 Xenon 充电状态中尽可能被抑制。然后关闭 FEL 快门并打开光学激光快门。调整光学激光功率，使激光脉冲主要产生xenon加，只有少量的Xenon2加。
调整完成后打开 FEL 快门。根据先前确定的粗糙 T0 值，设置 FEL 和光学激光脉冲定时，使光学激光脉冲在 FEL 脉冲之前到达约 200 皮秒。获取飞行频谱的 Xenon 离子时间，并确定从峰值区域获得 2 加的 xenon 与 xenon 3 加的比例。
然后配置激光器，使光学激光脉冲在 FEL 脉冲后约 200 皮秒到达。获取另一个飞行频谱时间，并确定 Xenon 2 加三加的比例。验证此频谱中的 Xenon 三加信号是否明显强于以前的频谱。
有时，由于空间重叠不足，早期激光和激光在Xenon信号中的差异非常小。在这种情况下，应重复空间重叠的过程，以便在两个信号上实现很大的差异。将激光定时设置为前两个值之间的一半，并获取另一个飞行频谱时间。
比较 Xenon 2 加 xenon 3 加的比例，以确定光学激光脉冲是在 FEL 脉冲之前还是之后到达的。如果光学激光脉冲在 FEL 脉冲之前到达，请将时间设置为当前值和光激光脉冲到达的值之间的一半，即 FEL 脉冲后 200 皮秒。获取另一个飞行频谱的时间，并检查 Xenon 2 加 xenon 3 加的比例。
继续调整激光脉冲定时，直到 T0 的精度接近 500 飞秒。然后围绕 T0 的大致位置设置一个正负一皮秒的延迟扫描，步数不超过 50 飞秒。获取飞行频谱的时间，并确定每个步骤的 Xenon 2 加 3 加的比例。
绘制这些与延迟时间的比率，派生步进函数并计算步进函数的中心，以获得 T0 的确切时间位置。飞行光谱的Xenon离子时间可用于确定800纳米近红外脉冲是在具有至少67.5电子伏特的FEL脉冲之前还是之后到达Xenon气体目标。当近红外脉冲到达后，FEL脉冲增加Xenon三加产量后，发生兴奋元稳定Xen2加的电离后。绘制 Xenon 2 加 xenon 3 加的比例作为延迟时间函数提供了一个步骤函数，从中可以确定 T0。
碘离子动量图像还用于确定具有至少57电子伏特的光子能量的T0。只有当紫外线脉冲到达 FEL 脉冲之前时，低能量贡献才被视为尖峰。T0 是从尖峰离子屈服图中提取的，作为延迟时间函数。
由 Bunch 到达时间监视器记录的按拍摄数据用于校正 FEL 脉冲相对于光学激光脉冲的相对到达时间中的抖动。这显著改善了数据质量，特别是在时间分辨率方面。一旦掌握，确定光学激光脉冲和FEL之间的时间和空间重叠可以在大约两到三个小时完成，而以下的泵探头测量通常需要几天的时间。
虽然这个程序是为气相中的原子和分子开发的，但它也可以应用于其他样品，如纳米粒子或液体和固体。不要忘记，使用高功率飞秒激光器可能极其危险。具体的安全培训是强制性的。
使用大功率激光器时，请始终佩戴保护性激光安全护目镜。
