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探秘激光 中國科學院院士李儒新解讀超強超短激光

來源:科普中國-科技前沿大師談    關鍵詞:超強超短激光, 激光技術,    發布時間:2019-08-24

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“超強超短激光被稱為最亮光源,能提供前所未有的極端物理條件與全新實驗手段,利用它能探索到自然界更多的奧秘?!比涨?,在“暑期院士專家系列講壇”活動第二場“探秘激光-從在地球上造小太陽說起”主題講座活動中,中國科學院院士、中國科學院上海光學精密機械研究所所長李儒新說。那什么是超強超短激光?超強超短激光能產生哪些極端條件?為什么要研究超強超短激光?活動現場,李儒新對這些問題一一進行解答。

什么是超強超短激光?它有什么特點?

超強超短激光一般指峰值功率大于1太瓦(1太瓦=1萬億瓦),脈沖寬度小于100飛秒(1飛秒等于1千萬億分之一秒)的激光。李儒新介紹,超強超短激光的最大特點是“強”和“短”,“短”是指時間上非常短,很快。

超強超短激光的“超強”“超短”有什么作用?

利用“超短”的特點,激光能捕捉到非常高速的運動,哪怕是飛秒級的電子運動,也能清晰地記錄下來。

而對于“超強”,他表示,“超強”激光可以為科學研究創造更多極端條件,例如,超高的能量密度、超強的光壓等,這些極端條件一般在恒星內部或是黑洞邊緣才會產生,對科學研究非常有幫助。

假如我們想研究太陽內部物質的狀態,以人類目前的科學水平,還無法靠近太陽,所以也難以進行研究,但有了超強超短激光,科研人員可以利用它將一個物體加熱至像太陽一樣的溫度,同時,用強激光從四面八方向物體施壓,使物體達到高密度狀態,因此科研人員就能模擬出像太陽一樣的環境條件,在地球上進行實驗。

除了能在實驗室模擬天體物理條件以外,超強超短激光還能廣泛應用于激光清洗、超快激光以及材料切割、加工等領域。

怎么制造超強超短激光?

李儒新分享,雖然在1960年時激光器已經被發明出來,但科學家們從未停止在其性能上尋求更大突破,在這個過程中諸多新技術、新方法不斷涌現,而目前獲得超強超短激光最基本的方法則是2018年諾貝爾物理學獎獲得者熱拉爾·穆魯和唐娜·斯特里克蘭發明的“啁啾脈沖放大”技術。

在激光的放大過程中,如果增加激光的能量,激光的功率就會迅速升高,可能超過激光材料的損傷閾值導致材料被破壞。這也是此前激光的功率提升中遇到的一大瓶頸?!啊泵}沖放大’技術則很巧妙地解決了這一難題?!崩钊逍陆榻B,“啁啾脈沖放大”技術能將一個短脈沖在時間上拉寬后再進行能量的放大,然后再進行時間上的壓縮,當脈沖拉寬時,功率也會變得很低,即使能量達到很高的倍數,功率也能保持在一定可承受范圍內,材料也不會被破壞。然后,再在時域上對脈沖進行壓縮,這樣則可以極大增強激光脈沖的功率。

2013年,我國實現了當時最高峰值功率2拍瓦激光輸出;2016年8月,我國實現了5拍瓦激光放大和脈沖壓縮輸出,刷新了激光脈沖峰值功率的世界紀錄;2017年10月,我國成功實現了10拍瓦激光放大輸出,達到國際同類研究的領先水平?;仡櫸覈瑥姵碳す庋芯繗v程,李儒新稱并非一路坦途,經過無數科學家的不斷努力,才實現了從追趕到局部領跑的跨越。

主題講座后,李儒新與中國科學院上海光學精密機械研究所副所長陳衛標、中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室主任冷雨欣圍繞大型激光裝置發展現狀與趨勢、超強超短激光未來研究趨勢等熱點問題進行熱烈討論。

本次活動由上海市新聞出版局、上海市科學技術協會主辦,上??茀f大講壇、科普中國-科技前沿大師談、上海市激光學會、上海市科普作家協會等承辦,上海市科普作家協會秘書長江世亮主持活動,活動吸引了300余人參加。

作者:鐘艷平

本作品為“科普中國-科技前沿大師談”原創

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