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超强超快激光的特点及发展方向

导读: 激光作为20世纪人类最重要的科技发明之一,经过40年的发展,直接推动了一批新兴学科与高新技术的发展。

  激光作为20世纪人类最重要的科技发明之一,经过40年的发展,直接推动了一批新兴学科与高新技术的发展,如非线性光学、激光光谱学、强场物理、光通信、光计算、光信息存储、激光化学、激光医学、激光生物学、激光核聚变、激光分离同位素、激光全息术、激光加工等等。同时,激光技术也已经走进了人们的日常生活,如随处可见的CD唱机、VCD影碟机、超市收银机的条形码扫描仪、激光打印机等,无不采用先进的激光技术。激光的发展开拓了激光技术的应用,激光技术的应用又推动了激光科学技术的进一步发展。

  激光科技的最新前沿之一是超强超快激光。超强即超高的功率和功率密度(指单位面积上的功率),目前一个激光系统甚至可产生高达1015瓦的峰值功率,而全世界电网的平均功率只不过1012瓦数量级;超快即极短的时间尺度,目前激光脉冲最短不过几个飞秒(10-15秒),光在1飞秒内仅仅传播0.3微米。

  近年来新型小型化超强超快激光技术的迅猛发展,为人类提供了全新的实验手段与极端的物理条件。这种在实验室中创造的极端物理条件,目前还只有在核爆中心、恒星内部、或是黑洞边缘才能找到。在当今超强超快激光技术已经提供并将由于其进一步发展而能提供的越来越强并越来越快的光场条件下,激光与各种形态物质之间的相互作用,将进入到前所未有的高度非线性与相对论性起主导作用的强场超快范围,并将进一步把光与物质的相互作用研究深入到更深的物质层次,甚至光与真空的相互作用,由此开创了超强超快激光这一全新的现代科学技术前沿领域。

  超强超快激光物理与技术

  输出功率大于1太瓦,脉宽 小于1皮秒,可聚焦激光功率密度大于1017瓦/厘米2的小型化超强超快激光的发展研究,是超强超快激光研究广泛深入开展的基础和推动力。

  近十几年来,由于啁啾脉冲放大(chirped pulse amplification, 简称CPA)技术的提出和应用,宽带激光晶体材料(如掺钛蓝宝石)的出现,以及克尔透镜锁模技术的发明,使超强超快激光技术得到迅猛发展。小型化飞秒太瓦(1012瓦)甚至更高数量级的超强超快激光系统已在各国实验室内建成并发挥重要作用。最近,更短脉冲和更高功率的激光输出,如直接由激光振荡器产生的短于5飞秒的激光脉冲,小型化飞秒100太瓦级超强超快激光系统,以及CPA技术应用到传统大型钕玻璃激光装置上获得1拍瓦(1015瓦)级激光输出已有报道,激光功率密度达到1019~1020瓦 /厘米2的超强超快激光与物质相互作用研究也已开始进行。

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