超強激光脈沖實現單次全結構測量

藝術家對 RAVEN 技術的示意圖。該技術利用微焦點和光譜色散測量復雜的光脈沖，然后將其輸入神經網絡進行檢索。圖片來源：伊赫桑·法里迪/美國科學促進會優瑞科網站

英國牛津大學聯合德國慕尼黑大學和馬克斯普朗克量子光學研究所發布了一項開創性技術，首次實現了對超強激光脈沖全結構的單次測量。研究團隊表示，這項技術有望革新人們對光與物質相互作用的掌控方式，將在探索新物理、實現聚變能源等多個前沿領域帶來深遠影響。相關論文發表在新一期《自然·光子學》上。

此次研究應用了電磁矢量近場實時采集（RAVEN）的全新單次測量診斷技術。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、時間結構與對準情況。

這是首次實現對超強激光脈沖的完整、實時捕捉，連其偏振狀態和內部復雜結構也一覽無遺。這不僅為激光與物質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的優化成為可能，突破了以往的技術瓶頸。

RAVEN技術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構。

該技術已在德國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），并據此對激光器進行了精確調校。這些空間—時間耦合效應會顯著影響超強激光實驗的穩定性和精度。

更重要的是，該技術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，產生高能粒子并點燃聚變燃料，而這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。