基于单发色散扫描的超短激光脉冲测量技术取得新突破

    2025年12月27日，一项关于超短激光脉冲测量的重要研究成果在光学领域引发广泛关注。由瑞典隆德大学与葡萄牙波尔图大学联合组成的研究团队，在原有“单发色散扫描”（Single-shotdispersionscan,d-scan）方法基础上，成功开发出一种更为紧凑、适用范围更广的新型测量技术，显著提升了对飞秒级激光脉冲时域特性的实时表征能力。

    超短脉冲测量的挑战
    超短激光脉冲，尤其是持续时间在飞秒（10⁻¹⁵秒）量级的脉冲，已在基础科学研究、精密加工、生物医学成像及治疗等多个领域展现出巨大潜力。然而，其极短的时间尺度远超当前电子探测设备的响应极限，使得直接测量几乎不可能。因此，科研人员长期依赖间接的光学方法进行脉冲表征。
    传统方法如自相关法或频率分辨光学开关（FROG）虽已广泛应用，但通常需多次重复扫描同一脉冲序列，难以适用于单次、不可重复的激光事件——这在工业在线监测或高能物理实验中尤为关键。此外，现有单发测量技术在处理较长（如百飞秒级）脉冲时，受限于装置尺寸和色散调控能力，往往无法实现充分展宽，从而影响测量精度。

    新型单发d-scan技术的核心创新
    此次研究团队提出了一种基于衍射光栅的新型空间色散调控方案。该方法利用光栅对入射激光进行角度-波长分离，再通过一对透镜系统实现空间-时间映射，从而在紧凑的光路中对脉冲进行可控展宽。实验表明，该装置可将原始脉宽为50–80飞秒的脉冲展宽十倍以上，有效覆盖从几飞秒至数百飞秒的宽广范围。
    尤为关键的是，该技术无需预补偿元件，即可在单次发射（single-shot）条件下完整重建脉冲的强度与相位信息。这意味着，即使面对不稳定的激光源或瞬态过程，也能实现高保真度的实时监测。

    技术原理与应用前景
    d-scan方法的基本原理在于：通过引入已知且可调的群延迟色散（GDD），使脉冲在非线性介质（如二次谐波晶体）中产生与色散量相关的光谱响应。记录不同色散下的二次谐波光谱，形成二维数据矩阵，再结合相位retrieval算法，即可反演出原始脉冲的完整电场信息。
    本研究进一步揭示了衍射光栅本身可作为高效的空间色散元件，其产生的群延迟色散具有高度空间依赖性，这一特性被巧妙地用于构建单发测量架构。相较于传统的棱镜或玻璃块方案，光栅系统结构更简洁、调节更灵活，且易于集成。
    研究团队指出，该技术不仅可用于激光系统的在线诊断与优化，未来还可拓展至光脉冲的时空整形、阿秒科学以及强场物理中的泵浦-探测实验等领域。随着超快激光技术向更高重复频率、更复杂脉冲结构发展，此类高精度、单发兼容的表征工具将成为推动前沿科学探索的关键支撑。
 
    此项成果发表于国际权威期刊《Optica》（2025年第12卷，1923–1930页）。它标志着超快光学测量技术向实用化、普适化迈出重要一步，为工业、医疗及科研场景中对超短激光脉冲的精准控制与应用奠定了坚实基础。
    随着该技术的进一步小型化与商业化，有望在未来几年内广泛部署于各类超快激光平台，真正实现“看得清、控得准”的超快光子学新时代。