上海張江綜合性國傢科學中心傳喜訊 超辦公文具強超短激光實現10拍瓦放大輸出

上海張江綜合性國傢科學中心傳喜訊 超強超短激光實現10拍瓦放大輸出

( 2017年10月27日 07 : 51 )來源:解放日報




■超強超短激光,一般是指峰值功率大於1太瓦(1太瓦=1萬億瓦),脈沖寬度小於100飛秒(1飛秒等於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,則等於1億億瓦,相當於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海科技大學超強激光光源聯合實驗室傳出喜訊:上海超強超短激光實驗裝置(SULF)的研制工作取得重大突破,成功實現瞭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後再次取得重大進展。SULF裝置計劃於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,則等於1億億瓦,相當於全球電網平均功率的5000倍。100飛秒是怎樣的瞬間呢?100飛秒相當於十萬億分之一秒,即使每秒飛行30萬千米的光,在這麼超短的時間內也隻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後僅僅為21飛秒。

去年3月,我國科學傢首次利用超強超短激光產生反物質。這還隻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優美環保科技工程-靜電機安裝實例,靜電除油煙機安裝實例,靜電油煙處理機安裝實例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,這是之前隻有在核爆中心、恒星內部、黑洞邊緣才能找到的極端物理條件,可用於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,將來還可能用於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,國際上多個國傢投入巨資開展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,法國和美國商標註冊英國也正在研制各自的10拍瓦激光裝置,美、俄、日等則提出瞭百拍瓦級超強超短激光裝置的研究設想。

在國傢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油煙處理設備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傢科學中心的核心平臺之一。

SULF激光裝置采用基於大口徑鈦寶石晶體的啁啾脈沖放大技術路線。研究人員解決瞭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,國際上首次實現瞭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並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靜電機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後達到21飛秒,壓縮器效率64%,壓縮後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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