当前位置:

OFweek激光网

激光器

正文

一文看懂超强超短激光

导读: 超强超短激光其实就是峰值功率大于1太瓦,脉冲宽度小于100飞秒 的激光,它的出现为人类提供了前所未有的极端物理条件与全新实验手段。

许多人知道X光,也听说过红外光,有人使用过激光治疗,也有人担心紫外光的灼烧,但是,你知道什么是超强超短激光吗?它是一种什么光?从哪儿来?有多亮?超强超短激光可以像医学激光一样为我们提供服务吗?

下面就让我们一起来了解一下。

超强超短激光是什么?

超强超短激光其实就是峰值功率大于1太瓦 (10^12瓦),脉冲宽度小于100 飞秒 (10^-15秒 )的激光,它的出现为人类提供了前所未有的极端物理条件与全新实验手段。

至此,自然界中只有在恒星内部或是黑洞边缘才能找到的高能量密度、甚至超高能量密度的极端条件已经能在实验室内被制造出来。

目前,激光经聚焦达到的最高光强已达到了10^22瓦/平方厘米 量级。此外,这种超强光场在时间范畴又是极端超快的,在远紫外线(XUV)波段,激光脉冲的超快时间尺度已经突破飞秒(fs,10^-15秒)进入了阿秒(as,10^-18秒)新范畴。

这么大的光强到底是什么概念呢?

要知道,自然界最强的光强,如宇宙中伽玛射线暴,其对应的光强才10^20瓦/平方厘米 量级,而光强10^21瓦/平方厘米 约等于地球接收到的太阳总辐射聚焦到头发丝粗细的尺度。

除此之外更为重要的是,目前超强超短激光正处于取得重大科学技术突破和开拓重大应用的关键阶段,未来五年左右激光的聚焦强度可能超过10^23 瓦/平方厘米 甚至更高的超高量级,同时激光脉冲的时域对比度可能达到10^9-12。

超强超短激光的研究与发展是国际激光高技术的最新发展前沿与竞争重点领域,正如《Science》专文指出,“这项工作将影响每一项研究,从聚变到天体物理。”

超强超短激光的国际发展趋势

超强超短激光领域如今正处于取得重大突破与开拓应用的关键阶段,国际上正在大力发展超强激光光源以及依托其的前沿科技创新平台。

欧盟10多个国家的近40个研究院所和科研机构联合提出Extreme Light Infrastructure(ELI),目标是发展峰值功率200拍瓦(PW,10^15瓦)级超强超短激光装置,并计划于2017年建成10拍瓦超强超短激光用户装置,开创激光与物质相互作用研究与应用的新时代,该计划已被纳入欧盟未来大科学装置发展路线图。

ELI的主要科学目标是:面向100GeV的激光加速、面向Schwinger场的真空结构研究、1-10keV相干X射线产生与阿秒科学研究以及光核物理研究,发展10拍瓦乃至更高量级的大型超强超短激光装置。

ELI下设四大研究装置,分别为捷克布拉格ELI-Beamlines Facility,匈牙利赛格德ELI-Attosecond Facility,罗马尼亚默古雷莱的 ELI-Nuclear Physics Facility,以及尚未定址的ELI-Ultrra High Field Facility。

2012年以来,ELI计划陆续启动了3个子项目的研究,投入经费8.5亿欧元,计划于2017年研制数台10拍瓦超强超短激光并建成用户装置,同时为下一步研制200拍瓦级超强激光大科学装置打下基础。

除了欧盟的ELI计划外,英国和法国也正紧锣密鼓地开展各自10拍瓦级超强超短激光装置的研制工作,俄、美、德等国也纷纷提出了各自的拍瓦、10拍瓦乃至100拍瓦级超强超短激光装置研究计划。

英国卢瑟福实验室中央激光装置(CLF)是一个多套激光束线的综合平台,而作为其核心装置的英国卢瑟福实验室Vulcan激光装置,计划在6年内投入2500万英镑,采用OPCPA技术将其输出脉冲峰值功率由拍瓦量级升级到10拍瓦量级,单脉冲能量300焦耳,脉宽30飞秒,聚焦光强达到10^23瓦/平方厘米。

法国的apollon装置位于巴黎郊区,由法国国家科学研究中心(CNRS)、巴黎综合理工大学和法国高等科技学院设计建造,计划于2015至2016年间建成。该装置基于OPCPA前端组合钛宝石放大器结构,拟实现300焦耳放大脉冲输出,压缩后可获得150焦耳、15飞秒、10拍瓦激光脉冲,聚焦光强超过2×10^22瓦/平方厘米,时间对比度大于10^12。

俄罗斯应用物理研究所主导规划的Exawatt Center for Extreme Light Studies (XCELS)同样计划实现前所未有的0.2艾瓦(200拍瓦)峰值功率,设计中的激光装置包含12束15拍瓦、25飞秒超强超短激光,利用相干合成技术实现180拍瓦输出,最高可能达到200拍瓦。同时,装置还设计有一束100MeV(兆伏特)电子直线加速器和一束1拍瓦、1赫兹-10千赫兹重复频率的探针光,拟开展高能物理强场物理相关未知现象和真空时空结构探索的研究工作。

而美国的Lawrence Berkeley National Laboratory正在实行BELLA计划,其内容是首先与法国公司合作,通过购置商品化的40焦耳、40飞秒、1赫兹的拍瓦级重复频率超强超短激光系统,拟开展激光等离子体加速电子研究。

其目标是产生小型化(米级)的10 GeV量级的高性能电子用于材料科学等前沿应用研究,并为未来发展基于更高量级超强超短激光的1TeV电子束级联(100级)激光等离子体加速器的电子正电子对撞机计划提供研究基础。

德国Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf研究中心建立的ELBE装置除了电子加速器束线以外,同时设立了超强超短激光、自由电子激光器(FEL)、X射线和中子束线等综合性的束线平台。

捷克首都布拉格的ELI-Beamlines Facility

超强超短激光在我国的发展现状

这么厉害的一项前沿科技,我们中国当然不会甘于人后,上海光机所强场激光物理国家重点实验室在2007年就成功研制的创当时世界最高功率(0.89拍瓦)并最短脉宽(29.0飞秒)飞秒拍瓦级CPA 激光系统。

2013年,上述团队又进一步发明精密时空操控、级联脉冲净化等新技术,有效解决高增益放大并超高时间对比度等关键科学问题,并突破输出激光脉冲达到超高时间对比度(10^11)的世界性技术难题,实现2.0PW的超高对比度激光脉冲输出。

1  2  3  4  下一页>  
责任编辑:TD
免责声明: 本文仅代表作者个人观点,与 OFweek激光网 无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实, 对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅 作参考,并请自行核实相关内容。

我来说两句

(共0条评论,0人参与)

请输入评论

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

  • 激光工程
  • 研发工程
  • 光学工程
  • 猎头职位
更多
文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码: