中工网首页时政评论国际军事社会财经企业工会维权就业论坛博客理论人物网视图画体育汽车文化书画教育读书娱乐旅游绿色城建社区打工

中工评论

科教

超强超短激光应用前景广阔

李沙沙
2020-04-24 08:49:01  来源:人民日报

  激光,原子受激辐射的光。其原理是原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级,再从高能级回落到低能级时,所释放的能量以光子的形式放出。这些被激发出来的光子光学特性高度一致,因此激光相比普通光源单色性、方向性好,亮度更高。

  自1960年第一台激光器诞生以来,科学家们一直寻求激光强度和性能的更大突破。超强超短激光就是一个典型,它的最大特点是“超强”和“超短”。“超强”是指这种激光的峰值功率一般大于1太瓦(1太瓦等于1万亿瓦),这一功率相当于全球所有发电机同时开动的总功率。“超短”是指这种激光持续的时间很短,达到了飞秒量级(1飞秒等于1千万亿分之一秒),这么短的时间内,激光只能走一根头发丝粗细的距离,不仅人眼无法识别,就连光电探头也无法分辨。

  目前,获得超强超短激光最基本的方法,是由2018年诺贝尔物理学奖获得者穆鲁和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,随着激光能量的增加,激光的脉冲峰值功率会迅速升高,可能超过激光材料的损伤阈值,导致材料损坏。啁啾脉冲放大技术很巧妙地解决了这一难题,它将一个超短脉冲在时间上拉宽后再进行能量的放大,当脉冲拉宽时,功率也会变得很低,即使能量提高很多倍,脉冲峰值功率也能保持在材料可承受范围内。然后,再在时域上将脉冲压缩到超短的水平,就可以极大增强激光脉冲的功率。实践中,占地达1000平方米的庞大激光器输出的超强超短激光,在极短时间内峰值功率可达10拍瓦(1拍瓦等于1千万亿瓦),被称为“最亮光源”。

  由于强度高、作用时间短,超强超短激光可以直接作用到物质的原子、分子层面,这为它的广泛应用打开了大门。超强激光可以在实验室创造只在恒星内部或黑洞边缘才具有的极端条件,例如超强的电磁场、超高的能量密度、超强的光压等,为研究宇宙起源演化和物质相互作用等提供必要条件。超强激光还可为治疗癌症提供“激光质子刀”新方案,高能质子由于定向沉积可用于靶向治疗癌症,超强激光可在厘米范围内将质子加速到所需能量,该方案目前尚在实验阶段。超短激光则在超快光学等领域大显身手,科学家通过它能捕捉到非常高速的运动,哪怕是飞秒级的电子运动,也能被清晰地记录。该类激光在较低输出功率下已被广泛应用于生物成像、眼科激光手术、精密加工等领域。此外,由于超强超短激光的光强特别高,穿过空气时会电离成等离子体,可以利用它进行天气干预。随着激光技术的不断发展,未来或将能实现激光引雷和激光诱导降雪。

  2016年,我国实现了5拍瓦激光放大和脉冲压缩输出,刷新了当时激光脉冲峰值功率的世界纪录;2017年,我国成功实现了10拍瓦激光放大输出,继续保持国际同类研究的领先水平。相信经过科学家的不断努力,超强超短激光研究将实现更大发展,给人们的未来带来更加神奇的技术。

  (作者为中国科学院上海光学精密机械研究所科学传播主管)

编辑:张苇柠

漫画评论

中工时评

人物

  • 【战“疫”脸谱】老兵束从轩:硬核老板的“鸡”缘人生

    2月初,一段老板手撕员工联名信的视频火遍全网。视频中的老板叫束从轩,安徽老兵,全国中式快餐排名第一的老乡鸡集团创始人。受疫情影响,老乡鸡保守估计会有5个亿损失。为帮助企业渡过难关,老乡鸡的员工们提出疫情期间不拿工资,并签字按手印提交了联名信。

  • 新时代 铁路榜样 | 北京铁路医研中心车站消毒处置组:白衣执甲 逆风而行

    “接到紧急消毒任务,列车马上进站,大家准备出发!”4月11日,夜色如墨,从上海虹桥开往北京南的G152次列车划破黑暗,驶入北京南站。北京铁路疾病预防医学研究中心车站消毒处置组北京南站消毒处置组的值班人员接到电话后,麻利地穿戴防护装备、手拎10多公斤重的消毒桶,以最快速度奔向14站台,仅用13分钟就完成了车厢消毒工作。

  • 回顾50天的战斗历程,这是我们的“光谷速度”!

    自2月17日飞赴武汉,到达湖北省妇幼保健院光谷院区开始战“疫”,到院区“清零”,作为医务部医疗助理员经过几天的忙碌,妇幼光谷院区达到收治患者标准。按照指示:今日先由感染一科、二科开始收治病人。上午前往武汉市指挥部和喻主任对接,商议接收病人情况,拟接收60-70名病人。

  • 中国人的故事|郭艳婷 陈晓聪:再见面,定会深深相拥

    爱一个人、彼此长久相守的要义,最重要的是什么?有人说是金钱,有人说是孩子,但在郭艳婷和陈晓聪看来,爱情中最坚实的纽带,是彼此在精神上的共同成长。

一周看点

排行

新闻日历
关于我们 | 广告服务 | 联系我们 | 本站地图 | 投稿邮箱 | 版权声明 | 违法和不良信息举报电话:010-84151598 | 网络敲诈和有偿删帖举报电话:010-84151598
Copyright © 2008-2018 by www.workercn.cn. all rights reserved
扫码关注

中工网微信


中工网微博


中工网抖音


工人日报
客户端
×