新華網(wǎng)上海8月18日電（鐘艷平）“超強(qiáng)超短激光被稱為最亮光源 ， 能提供前所未有的極端物理?xiàng)l件與全新實(shí)驗(yàn)手段 ， 利用它能探索到自然界更多的奧秘 。 ”16日 ， 在“暑期院士專家系列講壇”活動(dòng)第二場(chǎng)“探秘激光-從在地球上造小太陽說起”主題講座活動(dòng)中 ， 中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所所長李儒新說 。 那什么是超強(qiáng)超短激光？超強(qiáng)超短激光能產(chǎn)生哪些極端條件？為什么要研究超強(qiáng)超短激光？活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) ， 李儒新對(duì)這些問題一一進(jìn)行解答 。
什么是超強(qiáng)超短激光？它有什么特點(diǎn)？
超強(qiáng)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 。 “家用燈泡功率一般是幾瓦至幾十瓦 ， 而超強(qiáng)超短激光一瞬間的功率能達(dá)到十億瓦甚至一百億瓦 。 ”李儒新生動(dòng)地介紹 ， 超強(qiáng)超短激光的最大特點(diǎn)是“強(qiáng)”和“短” ， “短”是指時(shí)間上非常短 ， 很快 。
超強(qiáng)超短激光的“超強(qiáng)”“超短”有什么作用？
“拍攝運(yùn)動(dòng)中的物體時(shí) ， 照片往往會(huì)變得很模糊 ， 但是當(dāng)激光很“短”時(shí) ， 就能探測(cè)到很快的運(yùn)動(dòng) ， 就像照相機(jī)快門一樣 ， 快門越短就能拍出越快的運(yùn)動(dòng) 。 ”李儒新形象地比喻 ， 利用“超短”的特點(diǎn) ， 激光能捕捉到非常高速的運(yùn)動(dòng) ， 哪怕是飛秒級(jí)的電子運(yùn)動(dòng) ， 也能清晰地記錄下來 。 而對(duì)于“超強(qiáng)” ， 李儒新表示 ， “超強(qiáng)”激光可以為科學(xué)研究創(chuàng)造更多極端條件 ， 例如 ， 超高的能量密度、超強(qiáng)的光壓等 ， 這些極端條件一般在恒星內(nèi)部或是黑洞邊緣才會(huì)產(chǎn)生 ， 對(duì)科學(xué)研究非常有幫助 。 “假如我們想研究太陽內(nèi)部物質(zhì)的狀態(tài) ， 以人類目前的科學(xué)水平 ， 還無法靠近太陽 ， 所以也難以進(jìn)行研究 ， 但有了超強(qiáng)超短激光 ， 科研人員可以利用它將一個(gè)物體加熱至像太陽一樣的溫度 ， 同時(shí) ， 用強(qiáng)激光從四面八方向物體施壓 ， 使物體達(dá)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(jìn)行實(shí)驗(yàn) 。 ”除了能在實(shí)驗(yàn)室模擬天體物理?xiàng)l件以外 ， 超強(qiáng)超短激光還能廣泛應(yīng)用于激光清洗、超快激光以及材料切割、加工等領(lǐng)域 。
怎么制造超強(qiáng)超短激光？
李儒新分享 ， 雖然在1960年時(shí)激光器已經(jīng)被發(fā)明出來 ， 但科學(xué)家們從未停止在其性能上尋求更大突破 ， 在這個(gè)過程中諸多新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn) ， 而目前獲得超強(qiáng)超短激光最基本的方法則是2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者熱拉爾·穆魯和唐娜·斯特里克蘭發(fā)明的“啁啾脈沖放大”技術(shù) 。
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(huì)迅速升高 ， 可能超過激光材料的損傷閾值導(dǎo)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 。 “‘啁啾脈沖放大’技術(shù)則很巧妙地解決了這一難題 。 ”李儒新介紹 ， “啁啾脈沖放大”技術(shù)能將一個(gè)短脈沖在時(shí)間上拉寬后再進(jìn)行能量的放大 ， 然后再進(jìn)行時(shí)間上的壓縮 ， 當(dāng)脈沖拉寬時(shí) ， 功率也會(huì)變得很低 ， 即使能量達(dá)到很高的倍數(shù) ， 功率也能保持在一定可承受范圍內(nèi) ， 材料也不會(huì)被破壞 。 然后 ， 再在時(shí)域上對(duì)脈沖進(jìn)行壓縮 ， 這樣則可以極大增強(qiáng)激光脈沖的功率 。
2013年 ， 我國實(shí)現(xiàn)了當(dāng)時(shí)最高峰值功率2拍瓦激光輸出；2016年8月 ， 我國實(shí)現(xiàn)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(jì)錄；2017年10月 ， 我國成功實(shí)現(xiàn)了10拍瓦激光放大輸出 ， 達(dá)到國際同類研究的領(lǐng)先水平 。 回顧我國超強(qiáng)超短激光研究歷程 ， 李儒新稱并非一路坦途 ， 經(jīng)過無數(shù)科學(xué)家的不斷努力 ， 才實(shí)現(xiàn)了從追趕到局部領(lǐng)跑的跨越 。
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