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上海張江綜合性國家科學中心超強超短激光實現

時間:2017-10-27 15:00 來源:未知 復制分享 共有評論(0)條

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   ■超強超短激光,一般是指峰值功率大于1太瓦(1太瓦=1萬億瓦),脈沖寬度小于100飛秒(1飛秒等于1千萬億分之一秒)的激光。此次成功實現的10拍瓦激光放大輸出,則等于1億億瓦,相當于全球電網平均功率的5000倍

  10月24日晚,中科院上海光機所和上??萍即笱С考す夤庠戳鮮笛槭掖魷慚叮荷蝦3砍碳す饈笛樽爸茫⊿ULF)的研制工作取得重大突破,成功實現了10拍瓦激光放大輸出,這是目前已知的最高激光脈沖峰值功率,達到國際同類研究的領先水平。這是SULF裝置2016年8月實現5拍瓦國際領先成果之后再次取得重大進展。SULF裝置計劃于2018年底全面建成,2019年對用戶開放。

  此次成功實現的10拍瓦激光放大輸出,則等于1億億瓦,相當于全球電網平均功率的5000倍。100飛秒是怎樣的瞬間呢?100飛秒相當于十萬億分之一秒,即使每秒飛行30萬千米的光,在這么超短的時間內也只能走一根頭發絲粗細的距離。此次激光脈沖寬度經過脈沖壓縮器壓縮后僅僅為21飛秒。

  去年3月,我國科學家首次利用超強超短激光產生反物質。這還只是超強超短激光應用的冰山一角。超強超短激光能在實驗室內創造出前所未有的超強電磁場、超高能量密度和超快時間尺度等綜合性極端物理條件,這是之前只有在核爆中心、恒星內部、黑洞邊緣才能找到的極端物理條件,可用于研制激光質子刀以治療癌癥;制造臺式化電子加速器和產生超快X射線源對蛋白質探測成像;研究天體物理和宇宙起源,將來還可能用于真空結構和暗物質的探測等。

  正是因為超強超短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、實驗室天體物理等領域具有重大應用價值,國際上多個國家投入巨資開展10拍瓦級大型超強超短激光裝置的研制,展開激烈的科研競爭。例如,歐盟支持的極端光設施(ELI)項目正在同時建設多套10拍瓦激光用戶裝置,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想。

  在國家發展改革委和上海市政府的重視支持下,在浦東張江以10拍瓦激光裝置為核心的上海超強超短激光實驗裝置(SULF)的研制被納入上海建設具有全球影響力的科創中心、打造世界級重大科技基礎設施集群的首批重大項目,也將是上海張江綜合性國家科學中心的核心平臺之一。

  SULF激光裝置采用基于大口徑鈦寶石晶體的啁啾脈沖放大技術路線。研究人員解決了大口徑高增益激光放大器、高性能激光泵浦源、寬帶高階色散精密控制和增益窄化抑制等關鍵科學技術問題,國際上首次實現了300焦耳以上能量水平的寬帶(半高全寬達到70納米)激光放大輸出。10拍瓦激光主放大器采用的鈦寶石晶體直徑達235毫米,由上海光機所自主研制,這是我國首次研制成功并獲得激光放大的口徑超過200毫米的激光晶體,也是目前已知國際最大口徑的激光放大晶體。

  鈦寶石主放大器輸出的納秒級啁啾脈沖最高能量達到339焦耳,激光脈沖寬度經過脈沖壓縮器壓縮后達到21飛秒,壓縮器效率64%,壓縮后激光脈沖的最高峰值功率可達10.3拍瓦,這是目前已知的最高激光脈沖峰值功率。

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