2025年12月27日，一項關(guān)于超短激光脈沖測量的重要研究成果在光學(xué)領(lǐng)域引發(fā)廣泛關(guān)注。由瑞典隆德大學(xué)與葡萄牙波爾圖大學(xué)聯(lián)合組成的研究團(tuán)隊，在原有“單發(fā)色散掃描”（Single-shotdispersionscan,d-scan）方法基礎(chǔ)上，成功開發(fā)出一種更為緊湊、適用范圍更廣的新型測量技術(shù)，顯著提升了對飛秒級激光脈沖時域特性的實時表征能力。

    超短脈沖測量的挑戰(zhàn)
    超短激光脈沖，尤其是持續(xù)時間在飛秒（10?¹?秒）量級的脈沖，已在基礎(chǔ)科學(xué)研究、精密加工、生物醫(yī)學(xué)成像及治療等多個領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。然而，其極短的時間尺度遠(yuǎn)超當(dāng)前電子探測設(shè)備的響應(yīng)極限，使得直接測量幾乎不可能。因此，科研人員長期依賴間接的光學(xué)方法進(jìn)行脈沖表征。
    傳統(tǒng)方法如自相關(guān)法或頻率分辨光學(xué)開關(guān)（FROG）雖已廣泛應(yīng)用，但通常需多次重復(fù)掃描同一脈沖序列，難以適用于單次、不可重復(fù)的激光事件——這在工業(yè)在線監(jiān)測或高能物理實驗中尤為關(guān)鍵。此外，現(xiàn)有單發(fā)測量技術(shù)在處理較長（如百飛秒級）脈沖時，受限于裝置尺寸和色散調(diào)控能力，往往無法實現(xiàn)充分展寬，從而影響測量精度。

    新型單發(fā)d-scan技術(shù)的核心創(chuàng)新
    此次研究團(tuán)隊提出了一種基于衍射光柵的新型空間色散調(diào)控方案。該方法利用光柵對入射激光進(jìn)行角度-波長分離，再通過一對透鏡系統(tǒng)實現(xiàn)空間-時間映射，從而在緊湊的光路中對脈沖進(jìn)行可控展寬。實驗表明，該裝置可將原始脈寬為50–80飛秒的脈沖展寬十倍以上，有效覆蓋從幾飛秒至數(shù)百飛秒的寬廣范圍。
    尤為關(guān)鍵的是，該技術(shù)無需預(yù)補(bǔ)償元件，即可在單次發(fā)射（single-shot）條件下完整重建脈沖的強(qiáng)度與相位信息。這意味著，即使面對不穩(wěn)定的激光源或瞬態(tài)過程，也能實現(xiàn)高保真度的實時監(jiān)測。

    技術(shù)原理與應(yīng)用前景
    d-scan方法的基本原理在于：通過引入已知且可調(diào)的群延遲色散（GDD），使脈沖在非線性介質(zhì)（如二次諧波晶體）中產(chǎn)生與色散量相關(guān)的光譜響應(yīng)。記錄不同色散下的二次諧波光譜，形成二維數(shù)據(jù)矩陣，再結(jié)合相位retrieval算法，即可反演出原始脈沖的完整電場信息。
    本研究進(jìn)一步揭示了衍射光柵本身可作為高效的空間色散元件，其產(chǎn)生的群延遲色散具有高度空間依賴性，這一特性被巧妙地用于構(gòu)建單發(fā)測量架構(gòu)。相較于傳統(tǒng)的棱鏡或玻璃塊方案，光柵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡潔、調(diào)節(jié)更靈活，且易于集成。
    研究團(tuán)隊指出，該技術(shù)不僅可用于激光系統(tǒng)的在線診斷與優(yōu)化，未來還可拓展至光脈沖的時空整形、阿秒科學(xué)以及強(qiáng)場物理中的泵浦-探測實驗等領(lǐng)域。隨著超快激光技術(shù)向更高重復(fù)頻率、更復(fù)雜脈沖結(jié)構(gòu)發(fā)展，此類高精度、單發(fā)兼容的表征工具將成為推動前沿科學(xué)探索的關(guān)鍵支撐。
 
    此項成果發(fā)表于國際權(quán)威期刊《Optica》（2025年第12卷，1923–1930頁）。它標(biāo)志著超快光學(xué)測量技術(shù)向?qū)嵱没?、普適化邁出重要一步，為工業(yè)、醫(yī)療及科研場景中對超短激光脈沖的精準(zhǔn)控制與應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。
    隨著該技術(shù)的進(jìn)一步小型化與商業(yè)化，有望在未來幾年內(nèi)廣泛部署于各類超快激光平臺，真正實現(xiàn)“看得清、控得準(zhǔn)”的超快光子學(xué)新時代。