超强激光脉冲实现单次全结构测量

艺术家对 RAVEN 技术的示意图。该技术利用微焦点和光谱色散测量复杂的光脉冲，然后将其输入神经网络进行检索。图片来源：伊赫桑·法里迪/美国科学促进会优瑞科网站

英国牛津大学联合德国慕尼黑大学和马克斯普朗克量子光学研究所发布了一项开创性技术，首次实现了对超强激光脉冲全结构的单次测量。研究团队表示，这项技术有望革新人们对光与物质相互作用的掌控方式，将在探索新物理、实现聚变能源等多个前沿领域带来深远影响。相关论文发表在新一期《自然·光子学》上。

此次研究应用了电磁矢量近场实时采集（RAVEN）的全新单次测量诊断技术。借助该方法，研究团队能够在单次激光脉冲中，高精度测量其完整形状、时间结构与对准情况。

这是首次实现对超强激光脉冲的完整、实时捕捉，连其偏振状态和内部复杂结构也一览无遗。这不仅为激光与物质相互作用的研究带来前所未有的洞察，还使高功率激光系统的优化成为可能，突破了以往的技术瓶颈。

RAVEN技术原理是将激光束分成两部分。一束用于测量激光颜色（波长）随时间的变化而发生的变化。另一束则通过双折射材料（能分离不同偏振光）进入微透镜阵列，记录激光脉冲的波前形状与方向。最终，这些信息被专门的光学传感器以单帧图像形式捕捉，并通过计算程序还原出完整的激光脉冲结构。

该技术已在德国ATLAS-3000拍瓦级激光装置上成功测试。实验中，研究团队首次在实时状态下观察到激光脉冲中此前无法测量的微小畸变与波前偏移（空间—时间耦合效应），并据此对激光器进行了精确调校。这些空间—时间耦合效应会显著影响超强激光实验的稳定性和精度。

更重要的是，该技术为惯性聚变能装置提供了一种潜在的新路径。聚变实验中，超强激光脉冲被用于加热等离子体，产生高能粒子并点燃聚变燃料，而这一过程高度依赖于激光聚焦精度，RAVEN或能为此提供所需的激光强度测量与控制手段。