超強超短激光（超強超短激光）

意義

超強超短激光 儀器

相信，研究激光的業(yè)內人士每天說“飛秒”、“阿秒”的次數(shù)絕對比很多人每天說“秒”的次數(shù)還要多，為此，我們先用一張表格來溫故一下時間的量級：

我國造出的激光脈沖，在時間上短到飛秒級別，對應的激光也稱為“飛秒激光”。1000萬億瓦等于1拍瓦（PW），中科院上海光學精密機械研究所（以下簡稱上海光機所）的激光設備，其功率達到了5拍瓦。^[1]

產生極端條件

超強超短激光功率如此的大，以至于，它能產生很多極端條件，而這些條件只有在恒星內部或是黑洞邊緣才能產生。一、超強的光強目前，超強超短激光所能獲得的最高光強為1022瓦/平方厘米。這是一個多大的光強呢？如果我們把地球上接收到的太陽總輻射同時聚焦在一根頭發(fā)絲粗細的尺度上，獲得的光強也只有1021瓦/平方厘米。二、超高的能量密度超強超短激光目前可以達到3×1010焦耳/立方厘米，這相當于是在1立方厘米的小體積內爆炸20噸的TNT炸藥。三、超強的光壓光會產生壓力，這就是光壓，也叫輻射壓。還在科幻中的“太陽帆”就是以此為動力。太陽產生的光壓很小很小，但是超強超短激光產生的光壓接近大氣壓的1萬億倍。

應用

超強超短激光產生的這些極端條件非常有用。其實，只要想一想就能明白，各國的粒子加速器，包括耗資巨大的、發(fā)現(xiàn)上帝粒子的歐洲大型強子對撞機，它們的目的都是為了制造出各種極端能量的粒子，迫使粒子加速并對碰，從而借此探索宇宙的奧秘。而超強超短激光可以產生如此多的極端條件，那么其應用當然也是非常廣泛的。例如，超強超短激光能產生超強的電場，利用這個電場可以加速粒子，現(xiàn)在，用激光加速粒子的相關實驗，無論是國際上，還是我國的上海光機所等等，都在進行。如果實驗未來獲得突破，那么超強超短激光將會讓未來的各種直線加速器小型化，同時成本降低。中科院上海光機所此次還制造出了反物質，也就是正電子，它有什么用？眾所周知，只有當光子從樹葉上反射并進入我們的眼睛時，我們才能看到那片樹葉。而很多航空航天所需要的重要材料，其被生產出來，或者使用過以后后，我們很想了解其內部的微觀結構、缺陷狀態(tài)等信息，但又不能破壞材料本身，怎么弄？當然得使用無損探測。而超強超短激光可以在材料內部制造出反物質，也就是大量正電子，這些正電子與材料內部的電子發(fā)生湮滅，于是，電子的全部質量轉變成電磁輻射，并以伽馬光子射出，檢測這些光子，我們也就間接地探測到了材料的內部情況。利用正電子湮沒技術可以對材料內部進行原子尺度的缺陷和損傷進行探測。以上，只是超強超短激光的兩個應用，未來，也許我們會發(fā)現(xiàn)，以上只是兩個小應用而已。根據上海光機所所長李儒新研究員在“2015年國際光年報告會”上的介紹，2020年，在超強超短激光領域，可能實現(xiàn)以下夢想：產生納米尺度的光束并應用于顯微和存儲；基于激光的超精密鐘用于測量宇宙基本常數(shù)；激光聚變獲得較大突破，人類獲取清潔可持續(xù)能源邁出很大的一步；從飛秒激光發(fā)展到阿秒激光（阿秒脈沖），并以此探測電子的運動和化學反應。無疑，超強超短激光的應用將會非常廣泛，正如美國學術雜志《科學》上的一篇分析文章指出“這項工作將影響每一項研究，從聚變到天體物理?！?/p>