飛秒脈沖“慢鏡頭”，光學新原理開啟實時監測新紀元

超短激光脈沖——短于百萬分之一秒的百萬分之一——已對基礎科學、工程學和醫學領域產生了變革性影響。然而，其極短的持續時間使得這些脈沖難以捕捉和測量。

約十年前，瑞典隆德大學和葡萄牙波爾圖大學的研究人員提出了一種測量超快激光脈沖持續時間的工具。如今，該團隊取得了一項突破性進展，能夠在更緊湊的裝置中測量更廣參數范圍內的單個激光脈沖。

新型測量方法的實驗室裝置圖

“目前，工業與醫學領域飛秒激光的標準測量方法通常只能估算脈沖持續時間。我們的方法提供了更完整的測量結果，有助于釋放超快激光技術的全部潛力。”隆德大學博士生Daniel Díaz Rivas表示。

飛秒脈沖已廣泛應用于眼科手術、工業微加工等領域，并可用于研究光合作用中的能量轉移和電子動力學。盡管應用廣泛，精確測量脈沖形態和持續時間仍具挑戰性。電子儀器響應速度過慢，這使得研究人員轉向光學方法。

然而，這類光學技術需要在掃描序列中進行多次測量，因此無法實時捕獲單個脈沖。雖然已出現適用于基礎科學中常用超短脈沖的單次測量技術，但其對于工業和醫療應用中更常見的長脈沖卻難以準確表征。這些局限性與在緊湊光學裝置中，充分展寬脈沖的復雜性有關。

隆德大學研究人員開發的方法利用簡單光學原理來展寬超快激光脈沖。該技術使脈沖激光束通過衍射光柵，該元件將光按顏色進行空間分離，再通過透鏡組合對光柵成像，從而使研究人員能夠精確控制激光束的脈沖持續時間。這種方法可在緊湊的光學裝置中將飛秒脈沖展寬十倍以上。

這種方法能夠在單次測量中實現完整表征，無需預補償光學元件。這項研究最終形成了一種通用技術，可適用于從數飛秒到數百飛秒的脈沖持續時間范圍，從而覆蓋科研、工業與醫療應用領域。它為實時監測單個脈沖打開了大門，這是以往許多激光平臺無法實現的功能。

除了脈沖表征之外，該光學原理還可用于塑造脈沖的時空特性，并為研究光與物質相互作用探索新路徑。