科技日報記者 張佳欣
英國牛津大學聯(lián)合德國慕尼黑大學和馬克斯普朗克量子光學研究所發(fā)布了一項開創(chuàng)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(fā)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(tài)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(tǒng)的優(yōu)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(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(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），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(wěn)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。
