意义

超强超短激光 仪器

相信，研究激光的业内人士每天说“飞秒”、“阿秒”的次数绝对比很多人每天说“秒”的次数还要多，为此，我们先用一张表格来温故一下时间的量级：

我国造出的激光脉冲，在时间上短到飞秒级别，对应的激光也称为“飞秒激光”。1000万亿瓦等于1拍瓦（PW），中科院上海光学精密机械研究所（以下简称上海光机所）的激光设备，其功率达到了5拍瓦。^[1]

产生极端条件

超强超短激光功率如此的大，以至于，它能产生很多极端条件，而这些条件只有在恒星内部或是黑洞边缘才能产生。一、超强的光强目前，超强超短激光所能获得的最高光强为1022瓦/平方厘米。这是一个多大的光强呢？如果我们把地球上接收到的太阳总辐射同时聚焦在一根头发丝粗细的尺度上，获得的光强也只有1021瓦/平方厘米。二、超高的能量密度超强超短激光目前可以达到3×1010焦耳/立方厘米，这相当于是在1立方厘米的小体积内爆炸20吨的TNT炸药。三、超强的光压光会产生压力，这就是光压，也叫辐射压。还在科幻中的“太阳帆”就是以此为动力。太阳产生的光压很小很小，但是超强超短激光产生的光压接近大气压的1万亿倍。

应用

超强超短激光产生的这些极端条件非常有用。其实，只要想一想就能明白，各国的粒子加速器，包括耗资巨大的、发现上帝粒子的欧洲大型强子对撞机，它们的目的都是为了制造出各种极端能量的粒子，迫使粒子加速并对碰，从而借此探索宇宙的奥秘。而超强超短激光可以产生如此多的极端条件，那么其应用当然也是非常广泛的。例如，超强超短激光能产生超强的电场，利用这个电场可以加速粒子，现在，用激光加速粒子的相关实验，无论是国际上，还是我国的上海光机所等等，都在进行。如果实验未来获得突破，那么超强超短激光将会让未来的各种直线加速器小型化，同时成本降低。中科院上海光机所此次还制造出了反物质，也就是正电子，它有什么用？众所周知，只有当光子从树叶上反射并进入我们的眼睛时，我们才能看到那片树叶。而很多航空航天所需要的重要材料，其被生产出来，或者使用过以后后，我们很想了解其内部的微观结构、缺陷状态等信息，但又不能破坏材料本身，怎么弄？当然得使用无损探测。而超强超短激光可以在材料内部制造出反物质，也就是大量正电子，这些正电子与材料内部的电子发生湮灭，于是，电子的全部质量转变成电磁辐射，并以伽马光子射出，检测这些光子，我们也就间接地探测到了材料的内部情况。利用正电子湮没技术可以对材料内部进行原子尺度的缺陷和损伤进行探测。以上，只是超强超短激光的两个应用，未来，也许我们会发现，以上只是两个小应用而已。根据上海光机所所长李儒新研究员在“2015年国际光年报告会”上的介绍，2020年，在超强超短激光领域，可能实现以下梦想：产生纳米尺度的光束并应用于显微和存储；基于激光的超精密钟用于测量宇宙基本常数；激光聚变获得较大突破，人类获取清洁可持续能源迈出很大的一步；从飞秒激光发展到阿秒激光（阿秒脉冲），并以此探测电子的运动和化学反应。无疑，超强超短激光的应用将会非常广泛，正如美国学术杂志《科学》上的一篇分析文章指出“这项工作将影响每一项研究，从聚变到天体物理。”