「超強超短雷射被稱為最亮光源，能提供前所未有的極端物理條件與全新實驗手段，利用它能探索到自然界更多的奧秘。」16日，在「暑期院士專家系列講壇」活動第二場「探秘雷射-從在地球上造小太陽說起」主題講座活動中，中國科學院院士、中國科學院上海光學精密機械研究所所長李儒新說。那什麼是超強超短雷射？超強超短雷射能產生哪些極端條件？為什麼要研究超強超短雷射？活動現場，李儒新對這些問題一一進行解答。
什麼是超強超短雷射？它有什麼特點？
超強超短雷射一般指峰值功率大於1太瓦（1太瓦=1萬億瓦），脈衝寬度小於100飛秒（1飛秒等於1千萬億分之一秒）的雷射。「家用燈泡功率一般是幾瓦至幾十瓦，而超強超短雷射一瞬間的功率能達到十億瓦甚至一百億瓦。」李儒新生動地介紹，超強超短雷射的最大特點是「強」和「短」，「短」是指時間上非常短，很快。
超強超短雷射的「超強」「超短」有什麼作用？
「拍攝運動中的物體時，照片往往會變得很模糊，但是當雷射很「短」時，就能探測到很快的運動，就像照相機快門一樣，快門越短就能拍出越快的運動。」李儒新形象地比喻，利用「超短」的特點，雷射能捕捉到非常高速的運動，哪怕是飛秒級的電子運動，也能清晰地記錄下來。而對於「超強」，李儒新表示，「超強」雷射可以為科學研究創造更多極端條件，例如，超高的能量密度、超強的光壓等，這些極端條件一般在恆星內部或是黑洞邊緣才會產生，對科學研究非常有幫助。「假如我們想研究太陽內部物質的狀態，以人類目前的科學水平，還無法靠近太陽，所以也難以進行研究，但有了超強超短雷射，科研人員可以利用它將一個物體加熱至像太陽一樣的溫度，同時，用強雷射從四面八方向物體施壓，使物體達到高密度狀態，因此科研人員就能模擬出像太陽一樣的環境條件，在地球上進行實驗。」除了能在實驗室模擬天體物理條件以外，超強超短雷射還能廣泛應用於雷射清洗、超快雷射以及材料切割、加工等領域。
怎麼製造超強超短雷射？
李儒新分享，雖然在1960年時雷射器已經被發明出來，但科學家們從未停止在其性能上尋求更大突破，在這個過程中諸多新技術、新方法不斷湧現，而目前獲得超強超短雷射最基本的方法則是2018年諾貝爾物理學獎獲得者熱拉爾·穆魯和唐娜·斯特裡克蘭發明的「啁啾脈衝放大」技術。
在雷射的放大過程中，如果增加雷射的能量，雷射的功率就會迅速升高，可能超過雷射材料的損傷閾值導致材料被破壞。這也是此前雷射的功率提升中遇到的一大瓶頸。「『啁啾脈衝放大』技術則很巧妙地解決了這一難題。」李儒新介紹，「啁啾脈衝放大」技術能將一個短脈衝在時間上拉寬後再進行能量的放大，然後再進行時間上的壓縮，當脈衝拉寬時，功率也會變得很低，即使能量達到很高的倍數，功率也能保持在一定可承受範圍內，材料也不會被破壞。然後，再在時域上對脈衝進行壓縮，這樣則可以極大增強雷射脈衝的功率。
2013年，我國實現了當時最高峰值功率2拍瓦（1拍瓦=1千萬億瓦）雷射輸出；2016年8月，我國實現了5拍瓦雷射放大和脈衝壓縮輸出，刷新了雷射脈衝峰值功率的世界紀錄；2017年10月，我國成功實現了10拍瓦雷射放大輸出，達到國際同類研究的領先水平。回顧我國超強超短雷射研究歷程，李儒新稱並非一路坦途，經過無數科學家的不斷努力，才實現了從追趕到局部領跑的跨越。
主題講座後，李儒新與中國科學院上海光學精密機械研究所副所長陳衛標、中國科學院上海光學精密機械研究所強場雷射物理國家重點實驗室主任冷雨欣圍繞大型雷射裝置發展現狀與趨勢、超強超短雷射未來研究趨勢等熱點問題進行熱烈討論。
本次活動由上海市新聞出版局、上海市科學技術協會主辦，上海科協大講壇、科普中國-科技前沿大師談、上海市雷射學會、上海市科普作家協會等承辦，上海市科普作家協會秘書長江世亮主持活動，活動吸引了300餘人參加。
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作者： 鍾豔平 [責任編輯: 劉丫]