《Nature》：相对论等离子体谐波转换效率首次达到理论极限，为逼近施温格极限铺平道路
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牛津大学、贝尔法斯特女王大学及英国卢瑟福·阿普顿国家实验室（UKRI-STFC）联合团队 4 月 22 日在《Nature》发表研究，在国家激光设施（Central Laser Facility）Gemini 拍瓦激光系统上，首次实现相对论固体靶高次谐波产生（SHHG）的实验转换效率与理论预测完全吻合——此前 20 余年理论一直预测这一效率可达，但实验室从未真正做到。核心突破在于精确调控双等离子体镜（DPM）系统的亚皮秒脉冲对比度：将激光脉冲从峰值强度百万分之一上升至峰值的时间（t_HDR）从 711 fs 缩短至 351 fs 后，第 12 至 47 次谐波的总输出能量跃升数个数量级至 9.5 mJ，整体转换效率 0.17%，与 2D PIC 粒子模拟在三个数量级范围内完全吻合，并验证了理论预测的 n^(−8/3) 效率衰减规律。
这一结果完成了实现"相干谐波聚焦"（CHF）所需的最后一块拼图：此前已在实验中证明衍射极限性能（空间压缩）和阿秒相位锁定（时间压缩），但激光能量到谐波锥的高效耦合始终缺失。三者合一后，CHF 预测强度增益正比于驱动激光归一化矢量势的三次方（I_CHF/I ∝ a₀³），意味着现有的 10–50 PW 激光系统（包括欧洲 ELI-NP、英国 Vulcan 20-20、美国 NSF-OPAL 及上海 50 PW SEL 装置）在满足效率饱和条件后，原则上已能在聚焦点实现逼近施温格极限（>10^29 W cm^−2，量子电动力学真空临界场）的极端光场强度，为全光学方式研究量子真空提供可能路径。研究团队指出，下一步挑战是同时实现时空压缩与效率最优化，需要独立控制等离子体表面曲率，包括主动整形靶面或引入可调预脉冲。