摘要：劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的研究人员近日推出了一项革命性的新技术，能够以每秒1000亿帧的速度捕捉等离子体的演化。这一创新将大大提高对高密度等离子体内部动态行为的观察能力，对于科学家们理解该物质状态的重要性具有深远的意义。

信息来源：https://phys.org/news/2025-09-shot-laser-technique-captures-plasma.html#google_vignette

劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的研究人员近日推出了一项革命性的新技术，能够以每秒1000亿帧的速度捕捉等离子体的演化。这一创新将大大提高对高密度等离子体内部动态行为的观察能力，对于科学家们理解该物质状态的重要性具有深远的意义。

在宇宙中，等离子体占据了99%以上的普通物质，其特性与行为对于发展聚变能源、模拟恒星等天体物理现象以及改进现代半导体制造都至关重要。然而，观察和测量等离子体的复杂变化一向极具挑战性，因为相关事件的发生时间极短，通常在纳秒甚至皮秒级别。

新技术的原理与应用

SAPPHIRE 诊断示意图。啁啾激光束的上半部分穿过等离子体，而下半部分则不会。分离和重新组合光束会产生干涉图案（右），显示等离子体如何随时间变化。图片来源：Optica （2025）。DOI：10.1364/optica.566848

LLNL的这项新诊断方法被称为单次高级等离子体探头全息重建（SAPPHIRE），其核心在于通过一次激光脉冲的拍摄来捕捉等离子体的整体动态。SAPPHIRE采用了一种称为“啁啾”的特殊激光脉冲技术，该技术能在时间上拉伸激光脉冲，使其内含的不同波长以特定顺序穿透等离子体。

具体而言，在该技术中，激光脉冲会在不同时间点通过不同波长的光，这种方式使得短波蓝光在长波红光之前穿透等离子体。激光束的上半部分穿过等离子体，在穿透过程中发生折射和翘曲，而下半部分未经过等离子体。经过重组，这两半光束共同形成独特的干涉图案，从而为每个波长和每个时间戳创建独特的映像。

这一技术的优势在于，研究人员无需依靠多次拍摄，通过一次性激光射击即可捕捉尽可能多的信息，从而避免了将不同镜头的信息进行拼接时可能出现的误差。

研究结果与前景

在对氦氮气体射流的初步测试中，SAPPHIRE显示出其出色的能力，例如成功测量了等离子体中的电子密度变化。研究人员预见，这项技术将对多个领域的软件应用产生实质影响，包括脉冲功率、波导和激光粒子加速器中生成的低密度等离子体剖面。

LLNL的科学家Liz Grace表示：“我非常希望能在聚变能源环境中看到这种诊断技术的应用，特别是在Z夹等离子体中。”她还表示，团队在研究论文中提供了构建指南的详细说明，希望有更多的研究人员能够利用这一工具推动相关领域的创新。

潜在的应用范围与影响

随着对非平衡等离子体行为的深入理解，SAPPHIRE技术可能将广泛应用于科研领域，尤其是在等离子体物理、材料科学和高能物理等前沿领域。通过更精确的测量和分析，科学家们将能够更好地解决当前聚变能源开发中的技术挑战，助力可持续能源的实现。

此外，SAPPHIRE的成功应用也可能为新型半导体器件制造提供重要的实验基础，帮助提升电子器件的性能和效率。在快速发展的信息技术背景下，半导体行业对高效能、低耗能材料的需求持续增长，这一技术带来的解析能力极有可能引领新的科技进步。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室的这项创新为等离子体研究提供了一种强有力的工具，使科学家能够以前所未有的精确度观察到等离子体的动态变化。随着技术的不断发展，未来有望在多个科学和工程领域带来重大突破，为推动人类在能源、材料和信息技术等方面的进步奠定基础。

该研究的成功实施不仅是对等离子体物理学的一次重要推动，更是科学界在探索高能物理及其应用方面的重要里程碑。期待在未来的研究中，更多的科学家能够利用这一突破性工具，推动科技的进一步发展。

来源：人工智能学家