超短泵浦 激光脈沖與 10 NM 厚的類金剛石碳箔 (DLC) 相互作用。相互作用區域由具有大光譜的探測激光脈沖照射，其各種顏色以不同的相互作用時間(時間啁啾)到達。這些時間延遲的顏色通過目標傳輸并使用光柵衍射，因此可以通過相機捕獲與特定相互作用時間相對應的每種顏色的傳輸。基于包括固體和等離子體狀態的高級相互作用模型的計算機模擬可以重現測量的傳輸曲線。

在過去的半個世紀里，固體與高強度超短激光脈沖的相互作用促成了重大技術突破。一方面，固體的激光燒蝕為醫療或電信設備中的元件微加工和小型化提供了可能。另一方面，使用強激光加速固體中的離子束可能為基于激光的質子治療癌癥、聚變能研究和文化遺產分析開辟新的機會。然而，為了將激光燒蝕性能提升到納米級(納米 (nm) 等于十億分之一米)，并將激光驅動的離子加速應用于工業和醫療領域，仍需要克服挑戰。

在超短激光脈沖與固體靶相互作用的過程中，固體靶在極短的時間內(不到一皮秒 (ps);1 ps 等于一萬億分之一秒)演變為電離狀態或等離子體，其中發生了多個復雜且耦合的物理過程，但它們之間的相互作用仍未完全了解。由于目標演化速度極快，相互作用的初始階段，即等離子體形成，在實驗中很難實現。因此，迄今為止，在描述這種相互作用的大多數數值模型中，這種超快固體到等離子體的轉變(為燒蝕或粒子加速等后續過程設定了初始條件)都是通過粗略的假設來處理的。

在《光：科學與應用》雜志上發表的一篇新論文中，一個國際科學家團隊，包括來自德國耶拿亥姆霍茲研究所和耶拿弗里德里希席勒大學的 Yasmina Azamoum 和 Malte C. Kaluza、來自法國盧米埃爾馬提埃研究所的 Stefan Skupin、來自法國原子能委員會 (CEA-Cesta) 的 Guillaume Duchateau 和合著者，在闡明超快激光誘導的固體到等離子體的轉變以及深入了解基本過程的相互作用方面取得了重要一步。

他們提出了一種尖端的全光學單次探測技術，可以完全可視化目標的動態，從冷固體通過電離階段到過密等離子體。這是通過使用具有寬帶光譜的激光探測脈沖實現的，該脈沖照亮了泵浦脈沖與納米厚的類金剛石碳箔的相互作用。由于時間啁啾，探測脈沖的不同顏色在相互作用的不同時間到達。因此，可以用單個探測脈沖捕獲透射探測光中編碼的目標狀態的演變。與傳統的泵浦探測方法相比，這種單次探測技術具有優勢，在傳統的泵浦探測方法中，探測過程必須由泵在探測的每次延遲時相同地重現。這在使用高功率激光系統時尤其重要，因為高功率激光系統通常會受到強烈的脈沖間波動的影響。

此外，科學家們還證明，為了正確解釋測量的探針傳輸曲線，準確描述早期的固體到等離子體的轉變至關重要。他們開發了一個兩步相互作用模型，其中第一步考慮目標在固態時的電離動力學，第二步考慮目標在等離子體狀態時的電離動力學。該模型提供了具有高時間和空間分辨率(分別為亞皮秒和納米)的目標狀態的詳細演變，以及對電離動力學、粒子碰撞和等離子體流體動力學膨脹等基本過程相互作用的前所未有的洞察。

這種新探測技術的結果及其解釋必將有助于更深入地了解各種目標動力學，并更好地理解潛在的物理過程。這些成果很可能有助于超越傳統的超快激光材料加工方法，并使激光加速離子技術可用于社會應用.