飞秒脉冲“慢镜头”，光学新原理开启实时监测新纪元

超短激光脉冲——短于百万分之一秒的百万分之一——已对基础科学、工程学和医学领域产生了变革性影响。然而，其极短的持续时间使得这些脉冲难以捕捉和测量。

约十年前，瑞典隆德大学和葡萄牙波尔图大学的研究人员提出了一种测量超快激光脉冲持续时间的工具。如今，该团队取得了一项突破性进展，能够在更紧凑的装置中测量更广参数范围内的单个激光脉冲。

新型测量方法的实验室装置图

“目前，工业与医学领域飞秒激光的标准测量方法通常只能估算脉冲持续时间。我们的方法提供了更完整的测量结果，有助于释放超快激光技术的全部潜力。”隆德大学博士生Daniel Díaz Rivas表示。

飞秒脉冲已广泛应用于眼科手术、工业微加工等领域，并可用于研究光合作用中的能量转移和电子动力学。尽管应用广泛，精确测量脉冲形态和持续时间仍具挑战性。电子仪器响应速度过慢，这使得研究人员转向光学方法。

然而，这类光学技术需要在扫描序列中进行多次测量，因此无法实时捕获单个脉冲。虽然已出现适用于基础科学中常用超短脉冲的单次测量技术，但其对于工业和医疗应用中更常见的长脉冲却难以准确表征。这些局限性与在紧凑光学装置中，充分展宽脉冲的复杂性有关。

隆德大学研究人员开发的方法利用简单光学原理来展宽超快激光脉冲。该技术使脉冲激光束通过衍射光栅，该元件将光按颜色进行空间分离，再通过透镜组合对光栅成像，从而使研究人员能够精确控制激光束的脉冲持续时间。这种方法可在紧凑的光学装置中将飞秒脉冲展宽十倍以上。

这种方法能够在单次测量中实现完整表征，无需预补偿光学元件。这项研究最终形成了一种通用技术，可适用于从数飞秒到数百飞秒的脉冲持续时间范围，从而覆盖科研、工业与医疗应用领域。它为实时监测单个脉冲打开了大门，这是以往许多激光平台无法实现的功能。

除了脉冲表征之外，该光学原理还可用于塑造脉冲的时空特性，并为研究光与物质相互作用探索新路径。