一炮定乾坤：RAVEN装置捕获拍瓦级激光，为聚变研究注入超强动力

• 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，使其成为研究极端物理的强大工具。然而，其快速涨落和复杂结构使得实时测量其特性充满挑战。迄今，现有技术通常需要数百次激光发射才能构建完整图像，限制了捕捉这些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，提出了一种名为RAVEN（矢量电磁近场实时采集）的新型单次诊断技术。该方法使科学家能够高精度测量单个超强激光脉冲的完整波形、时序及对准状态。

完整掌握激光脉冲行为可推动多领域性能突破性提升。例如，该方法能使科学家实时优化激光系统（即便针对低频发射激光），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工作：一部分用于测量激光颜色（波长）随时间的变化，另一部分穿过双折射材料（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（形状与方向）的结构。专业光学传感器捕获信息形成单帧图像，计算机程序据此重建激光脉冲的完整结构。

首席研究员Sunny Howard（牛津大学物理系博士研究员，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对超强激光脉冲的实时完整捕获，包括其偏振态和复杂内部结构。这不仅为激光-物质相互作用提供了前所未有的洞察，还为高功率激光系统的优化开辟了全新路径。"

该技术在德国ATLAS-3000拍瓦级激光装置上成功验证，实时揭示了此前无法测量的激光脉冲微小畸变和波移现象，使研究团队得以优化仪器校准。这些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技术通过提供实时反馈支持即时调整，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完整表征激光脉冲特性，该方法还可大幅节约时间成本。

该技术还为实验室实现惯性约束聚变能源装置提供了潜在新途径——这是实现社会级聚变能源规模发电的关键步骤。惯性约束聚变装置利用超强激光脉冲在等离子体内产生高能粒子，这些粒子随后传播至聚变燃料区。此类"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技术所提供的核心数据。聚焦激光还可成为探索新物理的强大探针——例如通过双脉冲对射引发真空中的光子-光子散射现象。

合著者Peter Norreys教授（牛津大学物理系）指出："现有方法大多需要数百次发射，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新型激光诊断工具，更有潜力加速超强激光应用的广泛进展，推动激光科技边界向前拓展。"

合著者Andreas Döpp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系访问科学家）补充道："Sunny赴慕尼黑交流一年后，我们终于取得突破性进展，揭示了支撑RAVEN技术的精妙原理：当超强脉冲被聚焦时，其时空尺度被压缩至极小范围，这从根本上降低了实施此类诊断所需的分辨率要求。这一发现改变了游戏规则，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技术推广至更广泛的激光设施，并探索其在优化惯性约束聚变研究、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。

本研究由慕尼黑路德维希-马克西米利安大学、马克斯·普朗克量子光学研究所和约翰·亚当斯加速器科学研究所合作完成。工作获得英国研究与创新署-STFC以及德国与欧盟资助机构的支持。