2020年10月26日，翁苏明特别研究员荣获2020年度亚太等离子体物理学会“杰出青年科学家奖”，以表彰他在等离子体光学方面的重要贡献。

自1985年Gérard Mourou和Donna Strickland发明啁啾脉冲放大(CPA)技术至今，人们已将激光脉冲的峰值功率和聚焦强度提高了7-8个数量级。目前采用CPA技术的激光器已经可以产生峰值功率约十拍瓦的激光脉冲。这些高功率激光为基础科学和应用科学研究开拓了从新型粒子加速器、高能量密度科学、新型激光聚变到实验室天体物理学等研究领域。然而随着激光峰值功率的不断增加，传统的固态光学器件必须同步扩大口径以避免光致损坏。相比之下，基于等离子体的光学器件可承受极高的光强，因此等离子体光学有望为高功率激光器的设计与应用带来新一轮的革命性变化。此外，等离子体光学对理解激光聚变中的束间能量转移等多路激光与等离子体相互作用过程至关重要。

翁苏明 翁苏明长期从事激光等离子体物理领域的理论与数值模拟研究；研究方向包括等离子体光学、激光聚变、参量不稳定性、等离子体 输运理论等。已取得一系列具有创新性的研究成果，譬如：发现了电磁脉冲（如激光脉冲）在磁化等离子体中传播时的极端法拉第 效应，基于此提出了等离子体磁光学的概念，并研究了等离子体光学在高功率激光科学、激光聚变以及天文测量等领域的应用；自 主开发了Fokker-Planck动理学模拟程序，将其用于研究强激光脉冲在等离子体中的能量沉积、能量输运等非平衡态过程，研究中发 现了等离子体在强直流电场中的普适欧姆定律。

基于等离子体光学方法，近期在操控高功率激光的频率与偏振等方面取得了一系列代表性成果：

1） 等离子体波片：基于横向磁场中的磁双折射效应, 提出了一种新型的等离子体波片。该等离子体波片可用于极高功率的激光脉冲，更重要的是它在改变激光脉冲偏振状态的同时可以提高脉冲峰值功率。数值模拟表明，初始峰值功率5拍瓦的线偏振激光脉冲可通过该等离子体波片转化为峰值功率高于10拍瓦的圆偏振脉冲；所产生的高功率圆偏振激光脉冲在激光驱动的离子加速中具有重要的应用前景。与其它基于等离子体的光学元器件类似，该等离子体波片有望在数拍瓦的高功率激光装置中发挥重要作用。

2） 超宽带光的产生：光调制器是操纵光信号的关键组件，被广泛用于科学和工业领域。然而，传统的光调制器通常仅适用于低强度光束。近期我们提出了一种新型的基于等离子体的光学调制器，它利用强激光脉冲所激发的电子等离子体波，将强激光脉冲的频谱调节到极宽的带宽。由这种等离子体光学调制器所产生的宽带强激光脉冲在激光与物质相互作用中可带来一些新的物理现象并具有重要应用。例如，宽带激光脉冲可抑制受激拉曼散射、受激布里渊散射等参量不稳定性的增长，这对实现激光聚变尤为关键。

3） 相对论准单周期中红外光脉冲的产生：基于等离子体光调制器，最近我们还提出了一种的高效产生相对论准单周期中红外光学脉冲的新型方案。它利用在等离子体中两束同向传播的超短激光脉冲，其中第一束脉冲驱动电子等离子体波作为频率调制器，第二束经一定的时间延迟后入射的信号脉冲用于频率下移。只要信号脉冲在恰当的时刻被载入，它就可以被转换为中心波长约5微米的中红外脉冲，该频率转换具有高达30%的能量转换效率。更重要的是，所产生的中红外脉冲可以达到相对论强度，持续时间超短（接近单周期），因此它特别适用于超快科学、超高分辨率光谱学、粒子加速、强场物理、以及产生更亮的硬X射线和更短的阿秒脉冲等领域。

这一系列等离子体光学方面的研究有望为高功率激光科学的发展与应用提供新的思路，并有望为解决参量不稳定性这一长期阻碍激光聚变的世界性难题提供新途径。

相关参考文献

1. Extreme case of Faraday effect: magnetic splitting of ultrashort laser pulses in plasmas; S. Weng, Q. Zhao, Z. Sheng, W. Yu, S. Luan, M. Chen, L. Yu, M. Murakami, W. B. Mori, and J. Zhang; Optica 4, 1086 (2017).

2. Effective suppression of parametric instabilities with decoupled broadband lasers in plasma; Y. Zhao, S. Weng, M. Chen, J. Zheng, H. Zhuo, C. Ren, Z. Sheng, and J. Zhang; Physics of Plasmas 24, 112102 (2017).

3. Suppression of parametric instabilities in inhomogeneous plasma with multi-frequency light; Y. Zhao, S. Weng, Z. Sheng, and J. Zhu; Plasma Physics and Controlled Fusion 61, 115008 (2019).

4. Simultaneous polarization transformation and amplification of multi-petawatt laser pulses in magnetized plasmas; X. Zheng, S. Weng, Z. Zhang, H. Ma, M. Chen, P. McKenna, and Z. Sheng; Optics Express 27, 19319 (2019).

5. Plasma modulator for high-power intense lasers; Y. Zhao, S. Weng, Z. Sheng, N. Kang, H. Liu, J. Zhu, and J. Zhang; Optics Express 28, 15794 (2020).

6. Efficient generation of relativistic near-single-cycle mid-infrared pulses in plasmas; X. L. Zhu, S. M. Weng, M. Chen, Z. M. Sheng, and J. Zhang;  Light: Science and Applications 9, 46 (2020).