测量等离子体这一超高温、强不稳定的电离气体云团内部条件，被认为是理解恒星环境、核爆炸过程以及聚变能研究的重要环节。长期以来，研究人员主要依赖汤姆逊散射诊断：以单束激光照射等离子体，并通过光谱仪等设备捕捉粒子散射出的微弱光信号，从而反演电子密度、温度与速度等参数。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）一支多学科团队近日展示了一种替代性测量路径：让两束激光在等离子体中交叉，通过交叉束能量传递（CBET）产生的信号来提取等离子体特征。团队表示，该方法获得的数据信号强度约为汤姆逊散射的十亿倍，且实验搭建与操作相对简化。相关成果已发表于《物理评论快报》。

论文第一作者、LLNL实验物理学家Andrew Longman表示，团队已完成原理验证，并正在探索进一步提升该技术能力的方向。

在惯性约束聚变（ICF）研究中，激光束在靶室内的交叉区域条件会影响能量在不同激光束之间的传递，从而影响内爆对称性。Longman指出，在国家点火装置（NIF）开展内爆实验时，掌握这些交叉点的等离子体状态十分关键，但相关测量长期存在难度。尽管包括先进光学汤姆逊散射激光系统在内的改进已帮助优化ICF实验，汤姆逊散射回波信号依然偏弱，且容易叠加背景噪声。LLNL物理学家Pierre Michel将其形容为“来自等离子体的增强噪声，但非常微弱”。

团队提出的思路源于对CBET效应的研究。在NIF实验中，最多可将192束激光注入名为霍尔腔的小型空心圆筒，产生的X射线驱动悬浮其中的燃料胶囊发生聚变。CBET指进入霍尔腔入口孔的重叠激光束之间发生能量交换，该效应已被用于微调内爆能量平衡。研究人员随后发展理论，认为CBET不仅是能量调控机制，也可作为等离子体诊断手段。

按照该方案，一束“泵浦”激光进入等离子体，另一束更弱的“探测”激光以不同颜色（波长）组成的宽带光谱与泵浦束交叉。能量向探测束的转移携带了泵浦束所“看到”的等离子体信息。团队称，相比汤姆逊散射往往需要多次射击以覆盖不同特性，该方法借助宽带探测束可在一次射击中同时观测多项属性，且探测束功率较低，有助于避免测量过程对等离子体造成额外扰动。

这一理论最早以学生衍生项目形式提出，并以《单次射击高带宽激光等离子体探测》为题发表于2019年11月的《等离子体物理》杂志。由于当时缺乏所需设备，研究人员尚无法开展实验验证。随着LLNL朱庇特激光设施（JLF）完成为期四年的改造并引入激光脉冲整形技术STILETTO（时空诱导线性编码转录用于时间优化），实验条件得以具备。Michel表示，STILETTO可使研究人员以更复杂的方式塑造激光脉冲。

Longman于2021年加入实验室并参与在JLF部署STILETTO，随后设计并实施了用于检验交叉束等离子体测量理论的实验，这也是STILETTO的首次实验应用之一。他表示，探测激光需要与驱动激光保持相同波长，同时具备较宽带宽，而带宽扩展与脉冲整形需要专用激光器与工具支持。

团队对比称，汤姆逊散射中每十亿个入射光子约仅有一个能返回至探测器；而在CBET方案下，入射光子可被直接收集，信号显著增强。Longman表示，实验中信号强到需要将其滤波约一万倍以避免相机过载。2025年初，团队在JLF搭建初始实验并完成约六至七周调试后获得结果，Longman称最终效果“非常好”，并指出相较汤姆逊散射对经验与技巧的依赖，新机制在搭建与演示上更为直接。

Longman认为，该实验体现了LLNL团队协作优势：物理学家、激光物理学家、激光技术人员以及JLF支持团队共同完成了装置与实验。Michel也表示，类似实验通常需要多次尝试才能成功，而此次首次搭建即实现验证并不常见。

两位研究人员同时强调，新技术并非意在取代汤姆逊散射，而是作为补充手段。团队正在研究如何将该方法部署到NIF。Longman表示，在NIF条件下，泵浦束波长与驱动内爆的激光束相同，瞄准第二束激光的操作相对直观。