科技日報記者 張佳欣

英國牛津大學(xué)聯(lián)合德國慕尼黑大學(xué)和馬克斯普朗克量子光學(xué)研究所發(fā)布了一項開創(chuàng)性技術(shù)，首次實現(xiàn)了對超強激光脈沖全結(jié)構(gòu)的單次測量。研究團隊表示，這項技術(shù)有望革新人們對光與物質(zhì)相互作用的掌控方式，將在探索新物理、實現(xiàn)聚變能源等多個前沿領(lǐng)域帶來深遠影響。相關(guān)論文發(fā)表在新一期《自然·光子學(xué)》上。

此次研究應(yīng)用了電磁矢量近場實時采集（RAVEN）的全新單次測量診斷技術(shù)。借助該方法，研究團隊能夠在單次激光脈沖中，高精度測量其完整形狀、時間結(jié)構(gòu)與對準情況。

這是首次實現(xiàn)對超強激光脈沖的完整、實時捕捉，連其偏振狀態(tài)和內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)也一覽無遺。這不僅為激光與物質(zhì)相互作用的研究帶來前所未有的洞察，還使高功率激光系統(tǒng)的優(yōu)化成為可能，突破了以往的技術(shù)瓶頸。

RAVEN技術(shù)原理是將激光束分成兩部分。一束用于測量激光顏色（波長）隨時間的變化而發(fā)生的變化。另一束則通過雙折射材料（能分離不同偏振光）進入微透鏡陣列，記錄激光脈沖的波前形狀與方向。最終，這些信息被專門的光學(xué)傳感器以單幀圖像形式捕捉，并通過計算程序還原出完整的激光脈沖結(jié)構(gòu)。

該技術(shù)已在德國ATLAS-3000拍瓦級激光裝置上成功測試。實驗中，研究團隊首次在實時狀態(tài)下觀察到激光脈沖中此前無法測量的微小畸變與波前偏移（空間—時間耦合效應(yīng)），并據(jù)此對激光器進行了精確調(diào)校。這些空間—時間耦合效應(yīng)會顯著影響超強激光實驗的穩(wěn)定性和精度。

更重要的是，該技術(shù)為慣性聚變能裝置提供了一種潛在的新路徑。聚變實驗中，超強激光脈沖被用于加熱等離子體，產(chǎn)生高能粒子并點燃聚變?nèi)剂希@一過程高度依賴于激光聚焦精度，RAVEN或能為此提供所需的激光強度測量與控制手段。