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
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?!凹矣脽襞莨β室话闶菐淄咧翈资?,而超強超短激光一瞬間的功率能達到十億瓦甚至一百億瓦?!崩钊逍略菏可鷦拥亟榻B超強超短激光的最大特點——“強”和“短”。
超強超短激光的“超強”“超短”有什么作用?“拍攝運動中的物體時,照片往往會變得很模糊,但是當激光很‘短’時,就能探測到很快的運動,就像照相機快門一樣,快門越短就能拍出越快的運動。”李儒新院士形象地比喻,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”,李儒新院士表示,“超強”激光可以為科學研究創(chuàng)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(tài),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(tài),因此科研人員就能模擬出像太陽一樣的環(huán)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。
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?!?/p>
李儒新院士介紹,“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(1拍瓦=1千萬億瓦)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。回顧我國超強超短激光研究歷程,李儒新院士稱并非一路坦途,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。
李儒新院士是我會成員,光學專家,中國科學院上海光學精密機械研究所研究員。1969年10月出生于福建省建甌市, 2017年當選為中國科學院院士?,F任中國科學院上海高等研究院院長,上海科技大學黨委書記、副校長。主要從事超高峰值功率超短脈沖激光與強場激光物理研究。曾獲國家自然科學獎二等獎、國家科技進步獎一等獎、中國青年科技獎等。
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