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中国科学院院士李儒新:解读超强超短激光 2020-02-25

1、什么是超强超短激光?它有什么特点?

超强超短激光一般指峰值功率大于1太瓦(1太瓦=1万亿瓦),脉冲宽度小于100飞秒(1飞秒等于1千万亿分之一秒)的激光。李儒新介绍,超强超短激光的最大特点是“强”和“短”,“短”是指时间上非常短,很快。

中国科学院院士李儒新:解读超强超短激光

2、超强超短激光的“超强”“超短”有什么作用?

利用“超短”的特点,激光能捕捉到非常高速的运动,哪怕是飞秒级的电子运动,也能清晰地记录下来。

而对于“超强”,他表示,“超强”激光可以为科学研究创造更多极端条件,例如,超高的能量密度、超强的光压等,这些极端条件一般在恒星内部或是黑洞边缘才会产生,对科学研究非常有帮助。

中国科学院院士李儒新:解读超强超短激光

假如我们想研究太阳内部物质的状态,以人类目前的科学水平,还无法靠近太阳,所以也难以进行研究,但有了超强超短激光,科研人员可以利用它将一个物体加热至像太阳一样的温度,同时,用强激光从四面八方向物体施压,使物体达到高密度状态,因此科研人员就能模拟出像太阳一样的环境条件,在地球上进行实验。

除了能在实验室模拟天体物理条件以外,超强超短激光还能广泛应用于激光清洗、超快激光以及材料切割、加工等领域。


3、怎么制造超强超短激光?

李儒新分享,虽然在1960年时激光器已经被发明出来,但科学家们从未停止在其性能上寻求更大突破,在这个过程中诸多新技术、新方法不断涌现,而目前获得超强超短激光最基本的方法则是2018年诺贝尔物理学奖获得者热拉尔·穆鲁和唐娜·斯特里克兰发明的“啁啾脉冲放大”技术。

中国科学院院士李儒新:解读超强超短激光

在激光的放大过程中,如果增加激光的能量,激光的功率就会迅速升高,可能超过激光材料的损伤阈值导致材料被破坏。这也是此前激光的功率提升中遇到的一大瓶颈。“‘啁啾脉冲放大’技术则很巧妙地解决了这一难题。”李儒新介绍,“啁啾脉冲放大”技术能将一个短脉冲在时间上拉宽后再进行能量的放大,然后再进行时间上的压缩,当脉冲拉宽时,功率也会变得很低,即使能量达到很高的倍数,功率也能保持在一定可承受范围内,材料也不会被破坏。然后,再在时域上对脉冲进行压缩,这样则可以极大增强激光脉冲的功率。

2013年,我国实现了当时最高峰值功率2拍瓦激光输出;2016年8月,我国实现了5拍瓦激光放大和脉冲压缩输出,刷新了激光脉冲峰值功率的世界纪录;2017年10月,我国成功实现了10拍瓦激光放大输出,达到国际同类研究的领先水平。回顾我国超强超短激光研究历程,李儒新称并非一路坦途,经过无数科学家的不断努力,才实现了从追赶到局部领跑的跨越。




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