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上海张江综合性国家科学中心超强超短激光实现

时间:2017-10-27 15:00 来源:未知 复制分享 共有评论(0)条

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   ■超强超短激光,一般是指峰值功率大于1太瓦(1太瓦=1万亿瓦),脉冲宽度小于100飞秒(1飞秒等于1千万亿分之一秒)的激光。此次成功实现的10拍瓦激光放大输出,则等于1亿亿瓦,相当于全球电网平均功率的5000倍

  10月24日晚,中科院上海光机所和上海科技大学超强激光光源联合实验室传出喜讯:上海超强超短激光实验装置(SULF)的研制工作取得重大突破,成功实现了10拍瓦激光放大输出,这是目前已知的最高激光脉冲峰值功率,达到国际同类研究的领先水平。这是SULF装置2016年8月实现5拍瓦国际领先成果之后再次取得重大进展。SULF装置计划于2018年底全面建成,2019年对用户开放。

  此次成功实现的10拍瓦激光放大输出,则等于1亿亿瓦,相当于全球电网平均功率的5000倍。100飞秒是怎样的瞬间呢?100飞秒相当于十万亿分之一秒,即使每秒飞行30万千米的光,在这么超短的时间内也只能走一根头发丝粗细的距离。此次激光脉冲宽度经过脉冲压缩器压缩后仅仅为21飞秒。

  去年3月,我国科学家首次利用超强超短激光产生反物质。这还只是超强超短激光应用的冰山一角。超强超短激光能在实验室内创造出前所未有的超强电磁场、超高能量密度和超快时间尺度等综合性极端物理条件,这是之前只有在核爆中心、恒星内部、黑洞边缘才能找到的极端物理条件,可用于研制激光质子刀以治疗癌症;制造台式化电子加速器和产生超快X射线源对蛋白质探测成像;研究天体物理和宇宙起源,将来还可能用于真空结构和暗物质的探测等。

  正是因为超强超短激光在台式化加速器、超快化学、阿秒科学、材料科学、激光聚变、核物理与核医学、实验室天体物理等领域具有重大应用价值,国际上多个国家投入巨资开展10拍瓦级大型超强超短激光装置的研制,展开激烈的科研竞争。例如,欧盟支持的极端光设施(ELI)项目正在同时建设多套10拍瓦激光用户装置,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。

  在国家发展改革委和上海市政府的重视支持下,在浦东张江以10拍瓦激光装置为核心的上海超强超短激光实验装置(SULF)的研制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。

  SULF激光装置采用基于大口径钛宝石晶体的啁啾脉冲放大技术路线。研究人员解决了大口径高增益激光放大器、高性能激光泵浦源、宽带高阶色散精密控制和增益窄化抑制等关键科学技术问题,国际上首次实现了300焦耳以上能量水平的宽带(半高全宽达到70纳米)激光放大输出。10拍瓦激光主放大器采用的钛宝石晶体直径达235毫米,由上海光机所自主研制,这是我国首次研制成功并获得激光放大的口径超过200毫米的激光晶体,也是目前已知国际最大口径的激光放大晶体。

  钛宝石主放大器输出的纳秒级啁啾脉冲最高能量达到339焦耳,激光脉冲宽度经过脉冲压缩器压缩后达到21飞秒,压缩器效率64%,压缩后激光脉冲的最高峰值功率可达10.3拍瓦,这是目前已知的最高激光脉冲峰值功率。

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