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凝聚光与热的人生:范滇元教授加盟深大

2013-09-13 09:05
瑾年Invader
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  但是聚变就很不一样,要有很高的温度。而温度达到后的反应怎么控制?并没有办法。从历史上讲,开始没有激光的时候,人们就想到,要达到高温不难,可以用电流加热。但是问题在于,物质在这么高的温度下变成什么了?既不是气体也不是液体也不是固体,而是被称为“第四态”的等离子体。什么叫等离子体呢?它原子核和电子分离,正负电相当,所以叫等离子体。物质就变成这个东西了。等离子体达到这个温度的时候很快就膨胀飞散了。第一,你没有什么容器来盛受住它。第二,你即使有容器来盛受住它,它膨胀开来温度马上降下来。所以首要的问题就是如何约束等离子体。太阳上约束等离子体的是重力,但是地球上要用别的方法。后来俄罗斯的科学家想出来,加很强的磁场,并且想出来机械的结构怎么做。当时做出来以后,他们就预言20年以后就可以用上核聚变发出的电了。后来发现,高温等离子体不那么简单,它有很多不稳定性,像一匹脱缰的野马,人类跟它斗争了50年。

  现在国际上,法国有个国际联合核反应堆。我国也参与了,交了40亿,这个时间预定的是10年。如果这个做成了以后呢,再要10年来做一个真正的发电的东西。在磁约束还没有成功而且有很多困难的时候,人们就想,怎么把激光用上去? 这个思想是,既然这个高温等离子体拢不住它,那我就不去约束它。我只要很快加热,用激光在非常短的时间内加热。加热以后任何东西要膨胀要运动总需要时间,这个惯性要有一定的时间。人们就想像在还没有膨胀的时候我就把这个事情给做完了。人们把这个给起了个名字叫“惯性约束”。惯性约束其实就是不约束。利用非常短的反应时间把所有事情都做完,不存在膨胀的问题,这就是激光核聚变,或者就叫惯性约束聚变。但是又要考虑到反应时间短了,那么密度就要非常高。现在我们的等离子体还是低密度的。

  问:激光医治眼科病的事,您知道吗?

  范滇元院士:医学的应用要有很长的时间,因为有FDA的问题。另外,很多病变与眼底的微血管有关。以前这些都看不清楚,因为视网膜细胞只有3-4个微米。所以要看清楚眼底的细节就要先测量、矫正眼睛上的像差,这样才可以看到视网膜的细胞。可以高阶像差,也可以测量得非常准确。现在这种仪器已经有了,我们可以做到数出红、黄、绿三种视网膜细胞的个数,这个仪器就放在华山医院耳鼻喉科临床使用。我们已经可以看到很细的血管,看到流动的红血球。数量级达到2个微米。过去这些在活体的眼睛上都是看不到的,都是离体的、解剖后的眼睛上才能看到,当然没用了,我们要做活体的。这个东西是美国人先想到的,我们是世界第二个做出来的。我们一开始没有这个idea,但实际上却已经有这个技术了,所以他们在Nature杂志上一发表,我们就知道该怎么做,而且做得比他们好,我们进一步把它做成像CT一样的一层一层都可以看的仪器。

  4、部分发表的论文

  4.1、掺稀土离子液体激光器的研究进展

  论文综合介绍了掺稀土离子液体激光器的主要发展历程,分析了掺稀土离子液体激光材料研究过程中需要解决的主要问题包括降低无辐射跃迁、增大溶解度和减少热致折射率梯度引起的光偏折损耗等.重点介绍了稀土离子在溶液中的无辐射跃迁机理以及降低无辐射跃迁的措施。

  4.2、有时空聚焦效应情形下非线性色散介质中的时空不稳定性

  基于非线性包络方程研究了非线性色散介质中的时空不稳定性,得到了有时空聚焦效应、任意高阶色散效应和自陡峭效应情形下不稳定性调制的增益谱的表达式。 结果表明: 在正常和反常两种群速度色散情形下,时空聚焦效应都会导致出现新的不稳定性区域且对原来的增益谱的最大增益没有影响,但使谱的范围收缩,其中在正常群速度色散情形收缩较大,它完全抑制了高频成分的增长,而在反常群速度色散情形收缩则很小。 所有的奇数阶色散效应都不对时空不稳定性产生影响,而所有的偶数阶色散效应都影响时空不稳定性增益谱的范围而不影响它的最大增益,其中四阶色散效应与时空聚焦效应对不稳定性的作用相似。 自陡峭效应的主要影响是使调制增益下降,其中它对时空聚焦效应所导致的新区域的影响更大。

  4.3、高功率光纤激光器抽运耦合技术研究进展

  综述了双包层光纤激光器端面、侧面和集中抽运耦合技术,分析表明侧面抽运耦合技术比端面抽运耦合技术更有利于获得高功率输出,其中分布包层抽运耦合技术是很理想的一种侧面抽运耦合方式。阐述了高功率光纤激光器的特点并介绍了光子晶体光纤和螺旋芯光纤的抽运耦合方式。

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