科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣

英國(guó)牛津大學(xué)聯(lián)合德國(guó)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(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)超強(qiáng)激光脈沖全結(jié)構(gòu)的單次測(cè)量。研究團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)技術(shù)有望革新人們對(duì)光與物質(zhì)相互作用的掌控方式，將在探索新物理、實(shí)現(xiàn)聚變能源等多個(gè)前沿領(lǐng)域帶來(lái)深遠(yuǎn)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(chǎng)實(shí)時(shí)采集（RAVEN）的全新單次測(cè)量診斷技術(shù)。借助該方法，研究團(tuán)隊(duì)能夠在單次激光脈沖中，高精度測(cè)量其完整形狀、時(shí)間結(jié)構(gòu)與對(duì)準(zhǔn)情況。

這是首次實(shí)現(xiàn)對(duì)超強(qiáng)激光脈沖的完整、實(shí)時(shí)捕捉，連其偏振狀態(tài)和內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)也一覽無(wú)遺。這不僅為激光與物質(zhì)相互作用的研究帶來(lái)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(cè)量激光顏色（波長(zhǎng)）隨時(shí)間的變化而發(fā)生的變化。另一束則通過(guò)雙折射材料（能分離不同偏振光）進(jìn)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(zhuān)門(mén)的光學(xué)傳感器以單幀圖像形式捕捉，并通過(guò)計(jì)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(guó)ATLAS-3000拍瓦級(jí)激光裝置上成功測(cè)試。實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)首次在實(shí)時(shí)狀態(tài)下觀察到激光脈沖中此前無(wú)法測(cè)量的微小畸變與波前偏移（空間—時(shí)間耦合效應(yīng)），并據(jù)此對(duì)激光器進(jìn)行了精確調(diào)校。這些空間—時(shí)間耦合效應(yīng)會(huì)顯著影響超強(qiáng)激光實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中，超強(qiáng)激光脈沖被用于加熱等離子體，產(chǎn)生高能粒子并點(diǎn)燃聚變?nèi)剂?，而這一過(guò)程高度依賴(lài)于激光聚焦精度，RAVEN或能為此提供所需的激光強(qiáng)度測(cè)量與控制手段。