近日，科研領(lǐng)域傳來一則令人振奮的消息！來自孟買塔塔基礎(chǔ)研究所（TIFR）的研究人員取得了一項重大突破，他們成功開發(fā)出一種全新且強(qiáng)大的方法，能夠在單次測量中精準(zhǔn)測定超短、高能激光脈沖，一舉解決了長期以來在捕捉這類復(fù)雜激光脈沖輪廓方面存在的難題。這一創(chuàng)新成果對于正朝著前所未有的高能量水平發(fā)展的激光技術(shù)以及基于等離子體的光學(xué)研究來說，意義非凡。相關(guān)研究成果已發(fā)表在光學(xué)領(lǐng)域的頂尖開源期刊《Optica》上。

激光堪稱現(xiàn)代最卓越的技術(shù)之一，它發(fā)出的光脈沖持續(xù)時間極短，是人類創(chuàng)造出的最短的時間之一。而且這些短暫的閃光蘊(yùn)含著巨大能量，其峰值功率遠(yuǎn)超全球總耗電量，達(dá)到了令人驚嘆的程度。在激光領(lǐng)域，光學(xué)的發(fā)展圍繞著超高功率展開。

然而，要精確測量這些激光脈沖的時間結(jié)構(gòu)和形狀，一直是科學(xué)界面臨的巨大挑戰(zhàn)。過去幾十年間，科學(xué)家們雖然研發(fā)出多種技術(shù)，但問題依舊不少。比如，當(dāng)強(qiáng)大的激光脈沖穿過任何材料時，其時間節(jié)奏就會發(fā)生扭曲，脈沖功率越大，扭曲就越嚴(yán)重。另外，激光束內(nèi)不同位置的脈沖時間輪廓也不一樣。以往科學(xué)家們可能不太在意光束不同位置的差異，但隨著光束變寬或在介質(zhì)中傳播距離變長，這種差異帶來的影響就會變得極為關(guān)鍵，會顯著改變脈沖。在超高的峰值功率下，了解光束不同空間位置的脈沖持續(xù)時間就顯得尤為重要。

TIFR的研究團(tuán)隊巧妙地運(yùn)用了一種特別設(shè)計的儀器，同時在超短激光束的不同空間點(diǎn)測量時間輪廓。他們采用了一種名為“光譜干涉測量法”的光學(xué)技術(shù)，該研究還得到了瑞典于默奧大學(xué)的協(xié)作支持。如今，科學(xué)界正致力于實現(xiàn)前所未有的激光峰值功率（數(shù)萬萬萬億瓦！），激光束直徑也達(dá)到幾十厘米，這項新方法不僅極為實用，更是必不可少。

此外，這種測量方法還有一大優(yōu)勢。超高功率激光每隔一段時間才發(fā)射一次脈沖，間隔可能是幾秒、幾分鐘甚至幾小時。以往測量脈沖輪廓需要采集多個脈沖，操作起來十分繁瑣。而TIFR的新技術(shù)只需測量單個脈沖就能完成任務(wù)。

隨著激光峰值功率不斷攀升，普通的固體光學(xué)元件因會被電離而無法承受。目前技術(shù)正朝著使用電離物質(zhì)，也就是“等離子體”來設(shè)計光學(xué)元件的方向發(fā)展。但等離子體極不穩(wěn)定，會進(jìn)一步扭曲入射激光脈沖的時空輪廓。TIFR的測量方法正好能完美應(yīng)對這種情況，精確測量出這些扭曲。可以說，這項新技術(shù)為極端激光研究帶來了重大變革，有望成為所有超高峰值功率激光測量的“一錘定音”之法。

參考資料：DOI： 10.1364/OPTICA.522870