超强超短激光应用前景广阔

李沙沙

2020-04-24 08:49:01　　来源：人民日报

　　激光，原子受激辐射的光。其原理是原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级时，所释放的能量以光子的形式放出。这些被激发出来的光子光学特性高度一致，因此激光相比普通光源单色性、方向性好，亮度更高。

　　自1960年第一台激光器诞生以来，科学家们一直寻求激光强度和性能的更大突破。超强超短激光就是一个典型，它的最大特点是“超强”和“超短”。“超强”是指这种激光的峰值功率一般大于1太瓦（1太瓦等于1万亿瓦），这一功率相当于全球所有发电机同时开动的总功率。“超短”是指这种激光持续的时间很短，达到了飞秒量级（1飞秒等于1千万亿分之一秒），这么短的时间内，激光只能走一根头发丝粗细的距离，不仅人眼无法识别，就连光电探头也无法分辨。

　　目前，获得超强超短激光最基本的方法，是由2018年诺贝尔物理学奖获得者穆鲁和斯特里克兰发明的啁啾脉冲放大技术。在激光的放大过程中，随着激光能量的增加，激光的脉冲峰值功率会迅速升高，可能超过激光材料的损伤阈值，导致材料损坏。啁啾脉冲放大技术很巧妙地解决了这一难题，它将一个超短脉冲在时间上拉宽后再进行能量的放大，当脉冲拉宽时，功率也会变得很低，即使能量提高很多倍，脉冲峰值功率也能保持在材料可承受范围内。然后，再在时域上将脉冲压缩到超短的水平，就可以极大增强激光脉冲的功率。实践中，占地达1000平方米的庞大激光器输出的超强超短激光，在极短时间内峰值功率可达10拍瓦（1拍瓦等于1千万亿瓦），被称为“最亮光源”。

　　由于强度高、作用时间短，超强超短激光可以直接作用到物质的原子、分子层面，这为它的广泛应用打开了大门。超强激光可以在实验室创造只在恒星内部或黑洞边缘才具有的极端条件，例如超强的电磁场、超高的能量密度、超强的光压等，为研究宇宙起源演化和物质相互作用等提供必要条件。超强激光还可为治疗癌症提供“激光质子刀”新方案，高能质子由于定向沉积可用于靶向治疗癌症，超强激光可在厘米范围内将质子加速到所需能量，该方案目前尚在实验阶段。超短激光则在超快光学等领域大显身手，科学家通过它能捕捉到非常高速的运动，哪怕是飞秒级的电子运动，也能被清晰地记录。该类激光在较低输出功率下已被广泛应用于生物成像、眼科激光手术、精密加工等领域。此外，由于超强超短激光的光强特别高，穿过空气时会电离成等离子体，可以利用它进行天气干预。随着激光技术的不断发展，未来或将能实现激光引雷和激光诱导降雪。

　　2016年，我国实现了5拍瓦激光放大和脉冲压缩输出，刷新了当时激光脉冲峰值功率的世界纪录；2017年，我国成功实现了10拍瓦激光放大输出，继续保持国际同类研究的领先水平。相信经过科学家的不断努力，超强超短激光研究将实现更大发展，给人们的未来带来更加神奇的技术。

　　（作者为中国科学院上海光学精密机械研究所科学传播主管）

编辑：张苇柠

漫画评论

快递牵手厂房
预约送药
【图说】堵车也幸福？
廉政建设贵在“真刀真枪”

中工时评

中工时评：把“最大的民生”放在更加突出的位置抓实抓好
4月21日，习近平总书记在陕西省安康市平利县考察调研易地搬迁脱贫工作时强调：后续帮扶最关键的是就业。他指出，移得出、稳得住、住得下去，才能安居乐业。要住得下去就要靠稳定就业，务工是主要出路。要实实在在做好就业工作，不能搞形式主义。
中工时评：防疫登记不要忽视公民信息保护
随着国内疫情好转，各地复工复产进度加快，一些商业场所重新开始营业。为了做好流行病调查，必要的信息登记还是不可缺少的。
中工时评：松懈、侥幸是当前“战疫”的大敌
4月9日起，哈尔滨市在新冠肺炎疫情确诊病例清零之后出现反弹。截至4月20日7时，此轮疫情在哈尔滨地区已累计确诊感染人数62例。与此同时，哈尔滨市的这轮疫情跨省传播已涉两个省份。
中工时评：200家企业的大部分员工医疗费无法报销，不是小事
据《工人日报》4月19日报道，在大量科学调研的基础上，沈阳市总日前发布了2019年度《沈阳市工会推进和谐劳动关系建设蓝皮书》，指出了全市劳动关系领域存在的8个问题，并相应提出了8条对策和建议。

人物

【战“疫”脸谱】老兵束从轩：硬核老板的“鸡”缘人生
2月初，一段老板手撕员工联名信的视频火遍全网。视频中的老板叫束从轩，安徽老兵，全国中式快餐排名第一的老乡鸡集团创始人。受疫情影响，老乡鸡保守估计会有5个亿损失。为帮助企业渡过难关，老乡鸡的员工们提出疫情期间不拿工资，并签字按手印提交了联名信。
新时代铁路榜样 | 北京铁路医研中心车站消毒处置组：白衣执甲逆风而行
“接到紧急消毒任务，列车马上进站，大家准备出发!”4月11日，夜色如墨，从上海虹桥开往北京南的G152次列车划破黑暗，驶入北京南站。北京铁路疾病预防医学研究中心车站消毒处置组北京南站消毒处置组的值班人员接到电话后，麻利地穿戴防护装备、手拎10多公斤重的消毒桶，以最快速度奔向14站台，仅用13分钟就完成了车厢消毒工作。
回顾50天的战斗历程，这是我们的“光谷速度”！
自2月17日飞赴武汉，到达湖北省妇幼保健院光谷院区开始战“疫”，到院区“清零”，作为医务部医疗助理员经过几天的忙碌，妇幼光谷院区达到收治患者标准。按照指示：今日先由感染一科、二科开始收治病人。上午前往武汉市指挥部和喻主任对接，商议接收病人情况，拟接收60-70名病人。
中国人的故事|郭艳婷陈晓聪：再见面，定会深深相拥
爱一个人、彼此长久相守的要义，最重要的是什么？有人说是金钱，有人说是孩子，但在郭艳婷和陈晓聪看来，爱情中最坚实的纽带，是彼此在精神上的共同成长。

一周看点

排行

新闻日历

科教

超强超短激光应用前景广阔

漫画评论

快递牵手厂房

预约送药

【图说】堵车也幸福？

廉政建设贵在“真刀真枪”

中工时评

中工时评：把“最大的民生”放在更加突出的位置抓实抓好

中工时评：防疫登记不要忽视公民信息保护

中工时评：松懈、侥幸是当前“战疫”的大敌

中工时评：200家企业的大部分员工医疗费无法报销，不是小事

人物

【战“疫”脸谱】老兵束从轩：硬核老板的“鸡”缘人生

新时代铁路榜样 | 北京铁路医研中心车站消毒处置组：白衣执甲逆风而行

回顾50天的战斗历程，这是我们的“光谷速度”！

中国人的故事|郭艳婷陈晓聪：再见面，定会深深相拥

一周看点

涵养国家安全意识在于深入持久

武汉“归队”，我们一道“奔跑”

延期一个月是确保高考公平之举

解封，这是一个历史性的时刻

排行