ENG: Ultra-intense lasers are capable of accelerating electrons to near-light speeds within just a single wave cycle of the electric field, offering powerful insights into extreme physics. However, capturing the fast-changing and intricate nature of these laser pulses has remained a major technical challenge. Traditional methods required assembling data from hundreds of shots, making it difficult to analyze or adjust the behavior of individual pulses in real time, an issue that limited progress in high-energy physics and fusion energy research.
A new technique, known as RAVEN (Real-time Acquisition of Vectorial Electromagnetic Near-fields), changes this paradigm. Developed by researchers from the University of Oxford and Ludwig-Maximilian University of Munich, RAVEN enables full, single-shot diagnostics of ultra-intense laser pulses. By using a combination of beam-splitting, birefringent materials, a microlens array, and advanced optical sensors, RAVEN can record the complete structure, polarization, and timing of a laser pulse in a single image. This allows scientists to fine-tune lasers with unprecedented precision and gain deeper insights into laser-matter interactions.
Successfully tested on the ATLAS-3000 petawatt-class laser, RAVEN revealed subtle distortions and shifts within the pulse that had previously gone unnoticed. These insights can significantly enhance performance in areas like particle acceleration, plasma physics, and inertial fusion energy, where real-time pulse diagnostics are critical. As the technique is adopted across more facilities, it holds promise for optimizing high-power laser systems, improving the accuracy of experimental models, and even opening doors to studying new realms of physics, such as photon-photon interactions in a vacuum.
RO: Laserele ultra-intense sunt capabile să accelereze electronii la viteze apropiate de cea a luminii într-un singur ciclu de undă al câmpului electric, oferind o perspectivă puternică asupra fizicii extreme. Cu toate acestea, captarea naturii complexe și în schimbare rapidă a acestor impulsuri laser a rămas o provocare tehnică majoră. Metodele tradiționale au necesitat asamblarea datelor de la sute de fotografii, făcând dificilă analiza sau ajustarea comportamentului impulsurilor individuale în timp real, o problemă care a limitat progresul în fizica energiilor înalte și cercetarea energiei de fuziune.
O nouă tehnică, cunoscută sub numele de RAVEN (Real-time Acquisition of Vectorial Electromagnetic Near-fields), schimbă această paradigmă. Dezvoltată de cercetători de la Universitatea din Oxford și de la Universitatea Ludwig-Maximilian din München, RAVEN permite diagnosticarea completă, dintr-o singură lovitură, a impulsurilor laser ultraintense. Utilizând o combinație de materiale birefringente și de separare a fasciculului, o rețea de microlentile și senzori optici avansați, RAVEN poate înregistra structura completă, polarizarea și sincronizarea unui impuls laser într-o singură imagine. Acest lucru permite oamenilor de știință să ajusteze laserele cu o precizie fără precedent și să obțină informații mai aprofundate despre interacțiunile laser-materie.
Testat cu succes pe laserul ATLAS-3000 de clasă petawatt, RAVEN a dezvăluit distorsiuni și schimbări subtile în cadrul pulsului care au trecut neobservate anterior. Aceste informații pot îmbunătăți semnificativ performanța în domenii precum accelerarea particulelor, fizica plasmei și energia de fuziune inerțială, unde diagnosticarea în timp real a impulsurilor este esențială. Pe măsură ce tehnica este adoptată în mai multe instalații, aceasta promite optimizarea sistemelor laser de mare putere, îmbunătățirea preciziei modelelor experimentale și chiar deschiderea ușilor pentru studiul unor noi domenii ale fizicii, cum ar fi interacțiunile foton-foton în vid.
Source (University of Oxford, “New technique for capturing ultra-intense laser pulses in a single shot”, 26.06.2025)
Paper: Howard, S., Esslinger, J., Weiße, N., Schröder, J., Eberle, C., Wang, R.H., Karsch, S., Norreys, P. and Döpp, A., 2025. Single-shot spatiotemporal vector field measurements of petawatt laser pulses. Nature Photonics, pp.1-8.
