一枪命中，改写战局：RAVEN如何攻克拍瓦级激光技术并极大推动核聚变研究

• 研究结果于6月26日发表在《自然·光子学》期刊。

超强激光可在电场单次振荡（或称“波周期”）内将电子加速至近光速，这使其成为研究极端物理的强大工具。然而，激光脉冲的快速涨落和复杂结构使其特性实时测量极具挑战。此前现有技术通常需要数百次激光发射才能构建完整图像，限制了捕捉极端光脉冲动态特性的能力。

这项由英国牛津大学物理系与德国慕尼黑路德维希-马克西米利安大学研究人员联合主导的新研究，描述了一种名为RAVEN（矢量电磁近场实时采集）的新型单次诊断技术。该方法使科学家能以高精度测量单个超强激光脉冲的完整波形、时间分布及偏振对准状态。

获取激光脉冲行为的完整图像可革新多领域性能提升。例如使科学家能够实时微调激光系统（即使对间歇发射的激光器也有效），弥合实验现实与理论模型间的鸿沟，为计算机模型和AI驱动模拟提供更优质数据。

该方法通过将激光束分成两部分实现：其中一路测量激光颜色（波长）随时间的变化，另一路穿过双折射材料（该材料可分离不同偏振态的光）。微透镜阵列（微型透镜网格）随后记录激光脉冲波前（波形与传播方向）的结构特征。专业光学传感器捕获的信息形成单帧图像，计算机程序据此重建激光脉冲的完整结构。

首席研究员桑尼·霍华德（牛津大学物理系博士生，慕尼黑路德维希-马克西米利安大学访问科学家）表示："我们的方法首次实现了超强激光脉冲的实时完整捕获，包括其偏振态及复杂内部结构。这不仅为激光-物质相互作用提供了前所未有的洞见，更为高功率激光系统优化开辟了全新途径。"

该技术在德国ATLAS-3000拍瓦级激光装置上成功验证，实时揭示了以往无法测量的激光脉冲微小畸变和波前偏移，使研究团队得以优化仪器参数。这类被称为时空耦合效应的畸变会显著影响高强度激光实验性能。

RAVEN通过提供实时反馈支持即刻调整，提升了等离子体物理、粒子加速和高能量密度科学实验的精度与效率。由于无需多次发射即可全面表征激光脉冲特性，该方法还可大幅节省实验时间。

该技术为实验室实现惯性聚变能装置提供了新路径——这是实现社会级聚变能源规模化的关键门户。惯性聚变能装置利用超强激光脉冲在等离子体内产生高能粒子，这些粒子随后注入聚变燃料。这种"辅助加热"方案需要精确掌握聚焦激光脉冲的靶向强度以优化聚变产出，这正是RAVEN当前提供的核心数据。聚焦激光还可成为新物理研究的强大探针，例如通过双脉冲对撞在真空中产生光子-光子散射现象。

合著者彼得·诺里斯教授（牛津大学物理系）指出："现有方法大多需数百次发射，而RAVEN仅需单次即可完成激光脉冲的完整时空表征。这不仅提供了强大的激光诊断新工具，更有可能加速超强激光应用的广泛突破，推动激光科学技术边界的前移。"

合著者安德烈亚斯·德普博士（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学物理学院，牛津大学原子与激光物理访问科学家）补充道："桑尼加入慕尼黑团队一年后，我们突然领悟到RAVEN的核心理念：当超强脉冲被聚焦到极小时空范围时，进行此类诊断所需的分辨率存在基本极限。这一突破性认知使我们能采用微透镜技术，大幅简化实验装置。"

展望未来，研究人员希望将RAVEN推广至更广泛激光设施，并探索其在优化惯性聚变能研究、激光驱动粒子加速器及强场量子电动力学实验中的应用潜力。

本研究与慕尼黑路德维希-马克西米利安大学、马克斯·普朗克量子光学研究所以及约翰·亚当斯加速器科学研究所合作完成，并获得英国研究与创新署-STFC、德国及欧盟资助机构支持。