近年来，随着超短超强激光技术的快速发展，实验上已经产生了峰值功率达到PW量级、峰值光强约1022-1023W/cm2、脉冲长度为飞秒量级的超短超强激光脉冲。超强激光脉冲和相对论电子束相互作用过程中，激光脉冲载波相位会影响电子自旋进动、辐射光子偏振、辐射角谱分布以及正负电子对产生等。因此，提前探测和确定驱使激光脉冲载波相位对后续强场QED问题研究非常重要。目前，在相对论激光电磁场强度下，可以通过辐射角谱分布和“Breit-Wheeler”对产生过程的辐射截面来确定超短激光脉冲（2个波长以内）的载波相位。然而，已有的和正在建造的PW激光脉冲的脉冲长度都在15到30飞秒（4到10个波长）以上。即使采用分束的方法降低激光脉冲强度到非相对论量级并且不考虑载波相位信息损坏的理想情况下，非相对论激光脉冲载波相位探测方法（例如：立体-ATI、倍频干涉等方法）也主要适用于少周期的激光脉冲。

PW长激光脉冲载波相位探测方法示意图

近日，西安交通大学理学院激光与粒子束科学技术研究所栗建兴教授和德国马克斯普朗克核物理研究所Christoph H. Keitel教授课题组合作并首次发现利用超强长激光脉冲（6到10个波长以及更长范围）和相对论电子束对撞，电子背向辐射谱产生两个X射线波峰，其强度和对应极化角分布非常敏感地依赖于驱动激光脉冲载波相位，并且成线性单调变化。此变化可以被用做确定驱使PW长激光脉冲载波相位的依据。该研究成果已于近期在线发表于期刊 Physical Review Letters 上，题为“Single-Shot Carrier-Envelope Phase Determination of Long Superintense Laser Pulses”（Phys. Rev. Lett. 120, 124803,2018)。该研究工作与德国马克斯普朗克核物理研究所合作完成，是栗建兴教授近四年来第三篇以第一兼通讯作者发表在 Physical Review Letters 上的学术论文。

文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.124803

【延伸阅读】

激光与粒子束科学技术研究所由徐忠锋教授于2013年组建。研究所近三年引进了中组部“外专千人”D. Hoffmann教授、“青年千人”任雪光教授、“中科院百人”赵永涛教授、陕西省“青年千人”栗建兴教授（其中3人入选校青拔），同时还引进了新副教授1名，新讲师及博士后6名，现有研究生20余名。目前研究所有3个研究小组，主要研究方向包括：聚变等离子体物理（负责人：赵永涛、D. Hoffmann）；原子分子动力学（负责人：任雪光、徐忠锋）；超强激光物理（负责人：栗建兴、赵永涛）。研究所目前承担了国家自然科学基金重点项目、国防科工局“基础科学挑战计划”等重要研究课题；研究所将继续保持与德国马克斯普朗克核物理研究所、国际大科学工程FAIR（Facility for Anti-proton and Ion Research）、兰州重离子加速器国家实验室、中国激光聚变研究中心等国内外著名研究单位的密切合作，积极抢占科学制高点，为学校“双一流”建设和创新港建设作出贡献。