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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??萍即笱С考す夤庠戳鲜笛槭掖鱿惭叮荷虾3砍碳す馐笛樽爸茫⊿ULF)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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