作者:黄辛 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/9/9 16:09:53
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“5拍瓦”:照亮超强超短激光科技前沿

 

中科院上海光机所上海科技大学超强激光光源联合实验室传出喜讯,这里的科研团队在张江综合性国家科学中心超强超短激光实验装置(SULF)上,成功实现了5拍瓦激光脉冲输出,这是世界上成功输出瞬时功率的最高值,标志我国在该领域达到了国际领先水平。SULF的下一个目标将是在国际上率先实现10拍瓦激光输出。

瞬间功率为全球电网平均功率2000多倍

1拍瓦相当于全球电网平均功率的500倍。峰值功率1拍瓦的激光,其光强就相当于将照到地球上的所有太阳能量聚焦到一根头发丝上,这是人类已知的最高光强光源。

虽说是超强超短,但实际上非常安全。“我们达到5拍瓦的激光输出,其实每个激光脉冲能量还不到200焦耳。”中科院上海光机所科研人员说,“这只相当于普通微波炉开动高火0.1秒钟的能量。”

据悉,科学家通过该装置输出的超强超短激光,峰值功率可达5. 3拍瓦,是目前已知的国际最高激光脉冲峰值功率,瞬间爆发的功率相当于全世界电网平均功率的2000多倍,对应的极端物理条件通常只有在恒星内部或黑洞边缘才能产生。

入列上海科创中心首批重大项目

在国家发改委和上海市的共同支持下,以10拍瓦激光装置为核心的上海超强超短激光实验装置的研制已被纳入上海建设具有全球影响力的科创中心、打造世界级重大科技基础设施集群的首批重大项目,也将是上海张江综合性国家科学中心的核心平台之一。

超强超短激光的发展已经成为国际科技竞争重大前沿领域之一,建设SULF这一可望达到国际领先水平的大科学设施,符合国家重大需求、上海科创中心建设,具有重要的社会效益。中科院上海分院院长、上海科技大学党委书记朱志远表示,未来数年,上海张江综合性国家科学中心超强超短激光实验装置将与上海光源、软X射线自由电子激光一起,组成张江“超级光源”,成为照亮科学前沿、探索技术高地的一大中流砥柱,也为上海建设具有全球影响力的科创中心提供有力支撑。

中科院团队在国际竞赛中脱颖而出

因为能产生极端条件,所以应用也非常广泛。科学家可以利用这特殊的激光用于研制电子加速器和超快X射线源;可以制造反物质、还可能探测暗物质,来研究天体物理和宇宙起源。

国际上多个国家投入巨资大力发展超强超短激光光源,以及依托其的前沿科技创新平台,这一领域的国际竞争非常激烈。2012年,欧盟投资8.5亿欧元,计划于2018年建成10拍瓦的激光用户装置,法国和英国也正在研制各自的10拍瓦激光装置,美、俄、日等则提出了百拍瓦级超强超短激光装置的研究设想。

2013年,上海光机所团队在世界上率先研制成功2拍瓦的激光放大系统,为当时国际最高峰值功率。去年年底,该团队研制成功5拍瓦激光放大技术验证系统。“当功率高到一定程度,再提高哪怕一点点,都相当困难。”装置主要研发人员、上海光机所梁晓燕研究员说,突破的关键在于如何将更高能量传递给输出的超短的激光脉冲。

据悉,该激光装置采用基于大口径钛宝石晶体的啁啾脉冲放大(CPA)技术路线。项目研究团队创新发展了大口径高增益CPA放大器的主动寄生振荡抑制技术和激光光谱色散的精密控制补偿技术等,国际上首次实现了200焦耳以上能量水平的宽带(70纳米)激光放大输出。主放大器输出的数纳秒级啁啾脉冲经过采用大口径光栅的脉冲压缩器压缩至亚30飞秒脉冲,压缩后激光脉冲的峰值功率最高可达5.3拍瓦,这是目前已知的国际最高激光脉冲峰值功率。SULF继续升级,其输出的各种波段的辐射脉冲,其时间宽度会从飞秒级,提高到阿秒(10的负18次方秒)级、甚至仄秒(10的负21次方秒)级,将开辟光波电子学与信息新技术、超快光核物理研究的新学科领域。

该项重大进展为SULF项目实现10拍瓦激光脉冲输出的研制目标奠定了坚实的技术基础。据悉,SULF项目预计将首批建成包括极端条件材料科学研究平台、超快亚原子物理研究平台和超快化学与大分子动力学研究平台等3个用户实验终端,服务于物质科学与生命科学的研究。面向国内外高校,科研机构和企业全面开放,形成多学科综合研究平台。

上海科技大学物质学院副院长、特聘教授刘志说,装置的作用可以发挥多大,与用户息息相关,他希望未来能有更多科学家通过这个平台做出一流科研,去发现这种超级光源的更多用途。

 
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2016/9/11 4:10:12 xuq01
可不能瞎吹!请科学网编辑负责一下。
2016/9/10 23:44:31 rocwings
引用【峰值功率1拍瓦的激光,其光强就相当于将照到地球上的所有太阳能量聚焦到一根头发丝上,这是人类已知的最高光强光源。】
这个类比不知咋算的。科普应力求准确,而非仅吸引眼球就可以了。1拍瓦=10^15瓦,地球所在位置处的太阳常数以1385瓦/平方米、地球半径以6371千米计,则地球表面接收的太阳能总功率为1385*6371e3^2*pi≈176.6*10^15瓦=176.6拍瓦。即便再考虑到达地表的平均太阳能只有大气层外的20%,总功率仍达到35.3拍瓦,如果集中到1米长的1根头发丝上(平均直径按80微米计),则功率将达到35.3/80e-6=441250拍瓦,远大于文中数值。如果35.3拍瓦的功率降至1拍瓦,则需照在441250根紧密并排且不重叠的1米长头发丝上(总宽度35.3米),则这样的1根头发上的太阳能功率才是1拍瓦。
2016/9/10 20:44:36 Lemeng021
厉害!
目前已有3条评论
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