上海張江綜合性國家科學(xué)中心傳喜訊 超強(qiáng)超短激光實(shí)現(xiàn)10拍瓦放大輸出
■超強(qiáng)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(shí)現(xiàn)的10拍瓦激光放大輸出，則等于1億億瓦，相當(dāng)于全球電網(wǎng)平均功率的5000倍
10月24日晚，中科院上海光機(jī)所和上海科技大學(xué)超強(qiáng)激光光源聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室傳出喜訊：上海超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置（SULF）的研制工作取得重大突破，成功實(shí)現(xiàn)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(dá)到國際同類研究的領(lǐng)先水平。這是SULF裝置2016年8月實(shí)現(xiàn)5拍瓦國際領(lǐng)先成果之后再次取得重大進(jìn)展。SULF裝置計(jì)劃于2018年底全面建成，2019年對(duì)用戶開放。
此次成功實(shí)現(xiàn)的10拍瓦激光放大輸出，則等于1億億瓦，相當(dāng)于全球電網(wǎng)平均功率的5000倍。100飛秒是怎樣的瞬間呢？100飛秒相當(dāng)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(shí)間內(nèi)也只能走一根頭發(fā)絲粗細(xì)的距離。此次激光脈沖寬度經(jīng)過脈沖壓縮器壓縮后僅僅為21飛秒。
去年3月，我國科學(xué)家首次利用超強(qiáng)超短激光產(chǎn)生反物質(zhì)。這還只是超強(qiáng)超短激光應(yīng)用的冰山一角。超強(qiáng)超短激光能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)創(chuàng)造出前所未有的超強(qiáng)電磁場(chǎng)、超高能量密度和超快時(shí)間尺度等綜合性極端物理?xiàng)l件，這是之前只有在核爆中心、恒星內(nèi)部、黑洞邊緣才能找到的極端物理?xiàng)l件，可用于研制激光質(zhì)子刀以治療癌癥；制造臺(tái)式化電子加速器和產(chǎn)生超快X射線源對(duì)蛋白質(zhì)探測(cè)成像；研究天體物理和宇宙起源，將來還可能用于真空結(jié)構(gòu)和暗物質(zhì)的探測(cè)等。
正是因?yàn)槌瑥?qiáng)超短激光在臺(tái)式化加速器、超快化學(xué)、阿秒科學(xué)、材料科學(xué)、激光聚變、核物理與核醫(yī)學(xué)、實(shí)驗(yàn)室天體物理等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用價(jià)值，國際上多個(gè)國家投入巨資開展10拍瓦級(jí)大型超強(qiáng)超短激光裝置的研制，展開激烈的科研競(jìng)爭(zhēng)。例如，歐盟支持的極端光設(shè)施（ELI）項(xiàng)目正在同時(shí)建設(shè)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(jí)超強(qiáng)超短激光裝置的研究設(shè)想。
在國家發(fā)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(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置（SULF）的研制被納入上海建設(shè)具有全球影響力的科創(chuàng)中心、打造世界級(jí)重大科技基礎(chǔ)設(shè)施集群的首批重大項(xiàng)目，也將是上海張江綜合性國家科學(xué)中心的核心平臺(tái)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(shù)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(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，國際上首次實(shí)現(xiàn)了300焦耳以上能量水平的寬帶（半高全寬達(dá)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(dá)235毫米，由上海光機(jī)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(jí)啁啾脈沖最高能量達(dá)到339焦耳，激光脈沖寬度經(jīng)過脈沖壓縮器壓縮后達(dá)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(dá)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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