“5拍瓦”超強超短激光成功輸出
文章來源： | 發(fā)布時間：2016-09-12 | 【打印】 【關(guān)閉】
中科院上海光機所上?？萍即髮W(xué)超強激光光源聯(lián)合實驗室傳出喜訊，這里的科研團(tuán)隊在張江綜合性國家科學(xué)中心超強超短激光實驗裝置（SULF）上，成功實現(xiàn)了5拍瓦激光脈沖輸出，這是世界上成功輸出瞬時功率的最高值，標(biāo)志我國在該領(lǐng)域達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。SULF的下一個目標(biāo)將是在國際上率先實現(xiàn)10拍瓦激光輸出。
瞬間功率為全球電網(wǎng)平均功率2000多倍
1拍瓦相當(dāng)于全球電網(wǎng)平均功率的500倍。峰值功率1拍瓦的激光，其光強就相當(dāng)于將照到地球上的所有太陽能量聚焦到一根頭發(fā)絲上，這是人類已知的最高光強光源。
雖說是超強超短，但實際上非常安全?！拔覀冞_(dá)到5拍瓦的激光輸出，其實每個激光脈沖能量還不到200焦耳?！敝锌圃荷虾９鈾C所科研人員說，“這只相當(dāng)于普通微波爐開動高火0.1秒鐘的能量?！?/span>
據(jù)悉，科學(xué)家通過該裝置輸出的超強超短激光，峰值功率可達(dá)5. 3拍瓦，是目前已知的國際最高激光脈沖峰值功率，瞬間爆發(fā)的功率相當(dāng)于全世界電網(wǎng)平均功率的2000多倍，對應(yīng)的極端物理條件通常只有在恒星內(nèi)部或黑洞邊緣才能產(chǎn)生。
入列上?？苿?chuàng)中心首批重大項目
在國家發(fā)改委和上海市的共同支持下，以10拍瓦激光裝置為核心的上海超強超短激光實驗裝置的研制已被納入上海建設(shè)具有全球影響力的科創(chuàng)中心、打造世界級重大科技基礎(chǔ)設(shè)施集群的首批重大項目，也將是上海張江綜合性國家科學(xué)中心的核心平臺之一。
超強超短激光的發(fā)展已經(jīng)成為國際科技競爭重大前沿領(lǐng)域之一，建設(shè)SULF這一可望達(dá)到國際領(lǐng)先水平的大科學(xué)設(shè)施，符合國家重大需求、上?？苿?chuàng)中心建設(shè)，具有重要的社會效益。中科院上海分院院長、上海科技大學(xué)黨委書記朱志遠(yuǎn)表示，未來數(shù)年，上海張江綜合性國家科學(xué)中心超強超短激光實驗裝置將與上海光源、軟X射線自由電子激光一起，組成張江“超級光源”，成為照亮科學(xué)前沿、探索技術(shù)高地的一大中流砥柱，也為上海建設(shè)具有全球影響力的科創(chuàng)中心提供有力支撐。
中科院團(tuán)隊在國際競賽中脫穎而出
因為能產(chǎn)生極端條件，所以應(yīng)用也非常廣泛?？茖W(xué)家可以利用這特殊的激光用于研制電子加速器和超快X射線源；可以制造反物質(zhì)、還可能探測暗物質(zhì)，來研究天體物理和宇宙起源。
國際上多個國家投入巨資大力發(fā)展超強超短激光光源，以及依托其的前沿科技創(chuàng)新平臺，這一領(lǐng)域的國際競爭非常激烈。2012年，歐盟投資8.5億歐元，計劃于2018年建成10拍瓦的激光用戶裝置，法國和英國也正在研制各自的10拍瓦激光裝置，美、俄、日等則提出了百拍瓦級超強超短激光裝置的研究設(shè)想。
2013年，上海光機所團(tuán)隊在世界上率先研制成功2拍瓦的激光放大系統(tǒng)，為當(dāng)時國際最高峰值功率。去年年底，該團(tuán)隊研制成功5拍瓦激光放大技術(shù)驗證系統(tǒng)。“當(dāng)功率高到一定程度，再提高哪怕一點點，都相當(dāng)困難。”裝置主要研發(fā)人員、上海光機所梁曉燕研究員說，突破的關(guān)鍵在于如何將更高能量傳遞給輸出的超短的激光脈沖。
據(jù)悉，該激光裝置采用基于大口徑鈦寶石晶體的啁啾脈沖放大（CPA）技術(shù)路線。項目研究團(tuán)隊創(chuàng)新發(fā)展了大口徑高增益CPA放大器的主動寄生振蕩抑制技術(shù)和激光光譜色散的精密控制補償技術(shù)等，國際上首次實現(xiàn)了200焦耳以上能量水平的寬帶（70納米）激光放大輸出。主放大器輸出的數(shù)納秒級啁啾脈沖經(jīng)過采用大口徑光柵的脈沖壓縮器壓縮至亞30飛秒脈沖，壓縮后激光脈沖的峰值功率最高可達(dá)5.3拍瓦，這是目前已知的國際最高激光脈沖峰值功率。SULF繼續(xù)升級，其輸出的各種波段的輻射脈沖，其時間寬度會從飛秒級，提高到阿秒(10的負(fù)18次方秒)級、甚至仄秒(10的負(fù)21次方秒)級，將開辟光波電子學(xué)與信息新技術(shù)、超快光核物理研究的新學(xué)科領(lǐng)域。
該項重大進(jìn)展為SULF項目實現(xiàn)10拍瓦激光脈沖輸出的研制目標(biāo)奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。據(jù)悉，SULF項目預(yù)計將首批建成包括極端條件材料科學(xué)研究平臺、超快亞原子物理研究平臺和超快化學(xué)與大分子動力學(xué)研究平臺等3個用戶實驗終端，服務(wù)于物質(zhì)科學(xué)與生命科學(xué)的研究。面向國內(nèi)外高校，科研機構(gòu)和企業(yè)全面開放，形成多學(xué)科綜合研究平臺。
上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)學(xué)院副院長、特聘教授劉志說，裝置的作用可以發(fā)揮多大，與用戶息息相關(guān)，他希望未來能有更多科學(xué)家通過這個平臺做出一流科研，去發(fā)現(xiàn)這種超級光源的更多用途。
