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

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。”李儒新院士生動地介紹超強(qiáng)超短激光的最大特點(diǎn)——“強(qiáng)”和“短”。

超強(qiáng)超短激光的“超強(qiáng)”“超短”有什么作用？“拍攝運(yùn)動中的物體時，照片往往會變得很模糊，但是當(dāng)激光很‘短’時，就能探測到很快的運(yùn)動，就像照相機(jī)快門一樣，快門越短就能拍出越快的運(yùn)動。”李儒新院士形象地比喻，利用“超短”的特點(diǎn)，激光能捕捉到非常高速的運(yùn)動，哪怕是飛秒級的電子運(yùn)動，也能清晰地記錄下來。

而對于“超強(qiáng)”，李儒新院士表示，“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產(chǎn)生，對科學(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物體加熱至像太陽一樣的溫度，同時，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。

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(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。”

李儒新院士介紹，“啁啾脈沖放大”技術(shù)能將一個短脈沖在時間上拉寬后再進(jìn)行能量的放大，然后再進(jìn)行時間上的壓縮，當(dāng)脈沖拉寬時，功率也會變得很低，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)，材料也不會被破壞。然后，再在時域上對脈沖進(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(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，李儒新院士稱并非一路坦途，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。

李儒新院士是我會成員，光學(xué)專家，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員。1969年10月出生于福建省建甌市， 2017年當(dāng)選為中國科學(xué)院院士。現(xiàn)任中國科學(xué)院上海高等研究院院長，上海科技大學(xué)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(qiáng)場激光物理研究。曾獲國家自然科學(xué)獎二等獎、國家科技進(jìn)步獎一等獎、中國青年科技獎等。