超强超短激光是人类已知最强光源,他们创造

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5月26日,主题为“这一刻世界打开了”格致论道讲座在徐汇区青少年活动中心举行,其中一位嘉宾是来自中科院上海光机所超强超短激光青年攻关团队副研究员王文鹏,他给我们演讲的主题就是”超强超短激光“。

激光名称的由来和主席的关怀

爱因斯坦在提出受激辐射,这是激光的原理,不过直到年,激光器才研究出来,当时国外创造了一个新的词叫做“laser”,国内叫法呢五花八门,有的叫镭射光,有的叫受激辐射量子光,有的叫受激辐射装置。

年12月16日,毛泽东主席在听取国务院副总理、国家科委主任聂荣臻汇报《-年十年科学规划纲要》时说:“死光(即指激光),要组织一批人专门研究它。要有一批人吃了饭不做别的事,专门研究它。没有成绩不要紧。军事上除进攻武器外,要注意防御问题的研究,也许我们将来作战中主要是防御。”

——摘自《毛泽东文集》第八卷第页,中共中央文献研究室编,人民出版社年6月出版

如今,我的团队就是专门研究这个死光的。

年10月,中国科学院长春光机所一个杂志编辑部致信钱学森,请他为“laser”取一个中文名字,钱学森建议中文名为“激光”。这个名字最后被认可并广泛使用,非常的简洁和形象。

激光是纪律严明的光子部队

上面这张图片,在许多电影里面都有类似武器,这种发光的武器,人们都总称他们是激光剑或者激光武器,其实这么叫不恰当的。它的设定本来是一种晶体通电,然后发光的这样一个过程,所以叫什么激光剑是很不恰当的,它跟激光一点关系都没有。

我更想把激光比喻成是一支纪律严明的光子部队。他们频率方向波长都一致,就很像一支在阅兵的时候,走方阵的这样一个部队,他们步伐一致,攻击力特别强,那我们现在的灯光或者阳光有什么不同呢?其实他们里有很多的光子,但是他们是杂乱无章的,就像是我们在参加招聘会或者菜市场看到人头攒动的许多人一样,他们没法形成非常大的一个攻击力。

超强超短激光,浓缩就是精华

超强超短激光是峰值功率大于1太瓦(10^12瓦),脉冲宽度小于飞秒(10^-15秒)的激光。

超强超短激光,从名字上我们可以看出来,它有两大特点。第一大特点,就是超强是激光的强度特别高,它的光强达到了10^22瓦/平方厘米量级,打一个非常形象的比喻,假如地球外面有非常大的一个透镜,可以把照射在身上所有的太阳光聚焦到头发丝这么小的尺度上,这时候的光强就是我们激光都能达到的程度。

第二大特点就是短信的激光的脉宽特别短,这里的脉宽是指激光存在的时间,它可以达到飞秒量级,一飞秒等于0万亿分之一秒。0万亿等于1后面跟15个零。就是因为我们的激光可以被压缩到这么小的时间尺度,所以它的光强才如此之高。

以前的时候我会经常给国内外的来宾讲解我们实验室,也会给小学生讲的我们的实验室,在嘉定的时候有一批小学生到我们实验室参观,最后我就想启发性地问了他们一个问题,我说为什么我们的超强超短激光,光强如此之高呢,这时候一个小朋友特别聪明,我特别喜欢这个答案,他说浓缩的就是精华,确实就是这样,就是因为我们的激光在时间尺度超级浓缩,我们在空间启动就会聚焦到非常小的一个焦斑,所以它的强度才如此之高。

屡次打破世界纪录的光机所

我们的超强超短激光功率也是非常高的,它可以是全球电网平均功率的倍,大家看到这个数据,就是心里会有很多疑问,不光包括你们,还有很多人,他们经常问我一个问题,就是,既然它是全球电网平均功率的倍,是不是我们的激光开启之后全球就没有电?

其实并不是这样的,我们在这里给出来的是功率的概念,而电量的概念是功率乘于时间,我们前面也给出我们的激光另一个概念就是超短,这么大的功率乘以那么小的飞秒时间尺度,其实它的电量并不是很大。所以我们的这个激光开启之后,全球仍然有电,一个小区仍然有电,甚至我们这一座楼仍然有电。

世界上现在许多的发达国家,包括欧洲,美国,日本,韩国都在竞相进行10拍瓦(PW,10^15瓦),甚至百拍瓦激光器的研制。在我们中国,也是我们上海光机所,早在年的时候,就得到了5.3拍瓦的超强超短激光,它打破了当时的世界纪录。年的时候我们得到了10拍瓦功率输出,也是世界第一。

投资6个亿,地下30米的装置,继续挑战世界第一

最近我们上海市和国家共同投资89个亿的项目,我们超强超短装置,在这里面申请到了6个亿,在地底下30米的地方将要建设拍瓦激光装置,在年有可能会实现拍瓦的功率输出,到时候我们仍然想占据世界第一的位置。

这就是我们10拍瓦现在新建的实验室,他是在浦东上海科技大学的旁边,然后我们不仅建设了是超常超短激光,在后面我们建立三条实验线来做不同的物理实验,其实呀我们这么大的科学装置,有很多的关键技术等着我们去解决,包括高能量宽带脉冲放大和压缩光谱整形,光速时域和空域质量控制,系统集成等等。

激光照亮我们每个人的未来

超强超短激光有着非常广泛的应用前景,超强超短激光的研究与发展是国际激光高技术的最新发展前沿与竞争重点领域,正如《Science》专文指出,“这项工作将影响每一项研究,从聚变到天体物理。”

具体的说,可以运用到芯片制造,纳米蚀刻,暗物质研究,质子成像,质子医疗,激光引雷,人工造雪等多种领域,激光照亮我们每个人的未来。

本文根据王文鹏的演讲进行了部分的摘录和整理。



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