Сверхмощные лазеры способны разгонять электроны почти до скорости света за время одного колебания электромагнитного поля — это делает их незаменимыми для изучения экстремальных состояний материи. Но их импульсы настолько короткие и сложные, что до сих пор ученым требовались сотни повторений, чтобы собрать полную картину. Теперь международная группа физиков из Оксфорда и Мюнхена разработала метод RAVEN, который фиксирует все параметры лазерного импульса за один выстрел.

Результаты опубликованы в издании Nature Photonics.

Суть в том, что луч разделяют на две части. Первая анализирует, как меняется цвет (длина волны) лазера во времени, а вторая проходит через кристалл, разделяющий свет с разной поляризацией. Микролинзы фиксируют форму волнового фронта, а специальная камера записывает данные в одном снимке. Компьютерная программа затем восстанавливает полную структуру импульса — включая искажения, которые раньше было невозможно поймать в реальном времени.

Теперь мы видим не просто мощность лазера, а его «анатомию» — поляризацию, внутренние деформации, даже мельчайшие сдвиги волн, — объясняет Санни Ховард, ведущий автор исследования.

Например, на петаваттном лазере ATLAS-3000 в Германии RAVEN сразу показал искажения, влияющие на эксперименты с плазмой. Раньше на их поиск уходили дни.

Петаваттный лазер — лазер, мощность импульса которого достигает квадриллиона (10¹⁵) ватт. Для сравнения: это в 100 раз больше, чем суммарная мощность всех электростанций Земли, но длится импульс меньше пикосекунды (триллионной доли секунды). Такие лазеры используются для создания экстремальных состояний материи, похожих на условия внутри звезд.

Почему это важно

• Точность: можно мгновенно корректировать настройки лазера, даже если он стреляет раз в час.
• Экономия времени: больше не нужны сотни дублей для калибровки.
• Фундаментальная наука: метод поможет в исследованиях термоядерного синтеза, ускорителей частиц и даже квантовой электродинамики — например, при столкновении двух лазерных импульсов в вакууме для наблюдения рассеяния света на свете.

RAVEN сокращает путь от теории к практике, — говорит соавтор Питер Норрис. — Раньше на анализ уходили недели, теперь хватает одного импульса.

Метод RAVEN — это не просто «удобный инструмент». Он решает две ключевые проблемы:

1. Скорость. В установках типа термоядерных реакторов или лазерных ускорителей импульсы могут генерироваться с интервалом в минуты или часы. Тратить сотни попыток на калибровку — непозволительная роскошь.
2. Доверие к данным. Компьютерные модели экстремальных процессов часто расходятся с экспериментом именно из-за неизмеренных искажений лазера. RAVEN закрывает этот пробел.

Практически это может ускорить разработку:

• Лазерного термоядерного синтеза (например, для «поджига» топлива).
• Компактных ускорителей частиц для медицины.
• Новых материалов, испытываемых в экстремальных условиях.

Главный вопрос — насколько метод универсален. В статье тестирование проведено на петаваттном лазере ATLAS-3000, но:

• Неясно, как RAVEN поведет себя с лазерами других типов (например, с более длинными импульсами).
• Точность восстановления волнового фронта зависит от качества микролинз и камеры — возможны скрытые погрешности.

Потребуются независимые проверки на других установках.

Ранее лазеры помогли раскрыть тайны жидкого углерода.