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超強超短激光:看最亮光源如何“造”出大能量

科普中國-科技點亮智慧生活 2017-08-07

  據《人民日報》報道,上海張江綜合性國家科學中心超強超短激光實驗裝置研制工作近日取得重要進展:成功實現了5拍瓦(1拍瓦等于1000萬億瓦)激光脈沖輸出,達到國際領先水平。預計2017年將在全世界率先實現10拍瓦激光輸出目標,2018年建成面向用戶的實驗裝置。那么,什么是超強超短激光?超強超短激光可以應用于哪些領域?

上海超強超短激光邁入國際領先水平。(張海峰/《新民晚報》)

  什么是超強超短激光?

  不少人第一眼看到“超強超短激光”這個詞可能會對它產生誤解,超強很好理解,而超短,不少人容易把它理解為距離短,但實際上,這里的“短”是指時間短。

  據東方網報道,超強超短激光是人類目前已知的最亮光源,它能輸出巨大能量。通過以下公式:功率(瓦)=功(焦耳)/時間(秒),可以看出,相同的功,做功時間越短,功率就會越大;當時間趨于無窮小的時候,功率就會趨于無窮大。對于1焦耳的能量,如果把激光的脈沖時間從1秒縮短到0.1秒,就得到了10瓦的功率;而如果從1秒縮短0.001秒,就能得到1000瓦的功率。

  中國科學院上海光機所強場激光物理國家重點實驗室主任冷雨欣在接受東方網采訪時表示,1拍瓦等于1000萬億瓦,相當于全球電網平均功率的500倍。我國實現的5拍瓦激光脈沖輸出,在時間尺度上是飛秒(秒的一千萬億分之一)級別,其功率可達到5000萬億瓦級別。有了超強超短激光之后,科研人員就可以在實驗室內創造出可控的極端環境,進行一系列物理現象的研究。

  超強超短激光可以應用于哪些領域?

  從某種程度上說,超強超短激光就像一種新型工具。《新民晚報》介紹,把地球接收到的太陽總輻射能量聚焦到頭發絲粗細的尺度上,才能達到1拍瓦的激光脈沖聚焦后的強度。威力如此強大的激光,在臺式化加速器、超快化學、阿秒科學、材料科學、激光聚變、核物理與核醫學、高能物理等諸多領域皆有重大應用價值,如超強超短激光可用于研制臺式化電子加速器和超快X射線源,揭示生命的奧秘;超強超短激光也可用于研制基于小型化激光質子加速器的激光質子刀,治療癌癥;超強超短激光還有一項著名的本領——用于產生反物質,研究天體物理和宇宙起源;甚至在將來,超強超短激光還可用于真空結構和暗物質的探測。(孔睿)

  本文由中科院物理所副研究員羅會仟進行科學性把關,主要研究領域為超導、電子、電磁、半導體、自動化、中子散射等。

責任編輯:王超

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