新华网上海8月18日电（钟艳平）“超强超短激光被称为最亮光源 ， 能提供前所未有的极端物理条件与全新实验手段 ， 利用它能探索到自然界更多的奥秘 。 ”16日 ， 在“暑期院士专家系列讲坛”活动第二场“探秘激光-从在地球上造小太阳说起”主题讲座活动中 ， 中国科学院院士、中国科学院上海光学精密机械研究所所长李儒新说 。 那什么是超强超短激光？超强超短激光能产生哪些极端条件？为什么要研究超强超短激光？活动现场 ， 李儒新对这些问题一一进行解答 。
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 。 “家用灯泡功率一般是几瓦至几十瓦 ， 而超强超短激光一瞬间的功率能达到十亿瓦甚至一百亿瓦 。 ”李儒新生动地介绍 ， 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 。
超强超短激光的“超强”“超短”有什么作用？
“拍摄运动中的物体时 ， 照片往往会变得很模糊 ， 但是当激光很“短”时 ， 就能探测到很快的运动 ， 就像照相机快门一样 ， 快门越短就能拍出越快的运动 。 ”李儒新形象地比喻 ， 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” ， 李儒新表示 ， “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 。 “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 。
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 。
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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