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超强超短激光具有广阔的应用前景(科学技术)激光,是原子受激辐射的光。其原理是当原子中的电子吸收能量,然后从低能级跃迁到高能级,然后从高能级回落到低能级时,释放的能量以光子的形式释放出来。这些激发光子的光学性质是高度一致的,因此激光比普通光源具有更好的单色性、方向性和亮度。自从1960年第一台激光器诞生以来,科学家们一直在寻找激光强度和性能方面的更大突破。超短激光是一种典型的激光,其最大特点是“超短”和“超短”“超级功率”是指这种激光器的峰值功率一般大于1太瓦(1太瓦等于1万亿瓦),相当于世界上所有发电机同时的总功率“超短”是指激光持续时间短,达到飞秒级(1飞秒等于100亿分之一秒)。

在如此短的时间内,激光只能走一根细密的发际线,不仅人眼无法识别,光电探头也无法分辨。目前,获得超短激光最基本的方法是由2018年诺贝尔物理学奖获得者Muru和Strickland发明的啁啾脉冲放大技术。在激光放大过程中,随着激光能量的增加,激光脉冲的峰值功率迅速增大,可能超过激光材料的损伤阈值,导致材料损伤。啁啾脉冲放大技术巧妙地解决了这一问题。在超短脉冲被及时加宽后,它使其能量增大。当脉冲变宽时,功率将变得非常低。

即使能量多次增加,脉冲的峰值功率也能保持在材料的范围内。然后,在时域内将脉冲压缩到超短水平,可以大大提高激光脉冲的功率。在实践中,面积1000平方米的大激光器的超短激光输出在很短的时间内峰值功率达到10皮瓦(1皮瓦等于100亿瓦特),被称为“最亮光源”。超短激光由于其强度高、作用时间短,可以直接作用于物质的原子和分子水平,为其广泛应用打开了大门。超强激光只能在实验室的恒星内部或黑洞边缘产生极端条件,如超强电磁场、超高能量密度、超强光压等。

,为研究宇宙的起源、演化和物质相互作用提供了必要的条件。超强激光还可以为癌症治疗提供一种新的“激光质子刀”方案。高能质子可用于定向沉积肿瘤的靶向治疗。超强激光能使质子在厘米范围内加速到所需能量,目前尚处于实验阶段。超短激光在超快光学领域发挥着重要的作用,通过超短激光,科学家可以捕捉到非常高速的运动,甚至可以清晰地记录到飞秒电子运动。这种激光器在低输出功率下广泛应用于生物成像、眼科激光手术、精密加工等领域。

此外,由于超短激光的极高光强,当它通过空气时,会电离成等离子体,可用于气象干预。随着激光技术的不断发展,激光诱导闪电和激光诱导降雪有可能在未来实现。2016年,中国实现了5-petw激光放大和脉冲压缩的输出,创造了当时激光脉冲峰值功率的新世界纪录;2017年,中国成功实现了10-petw激光放大的输出,并继续保持国际同类研究的领先水平。相信在科学家的不断努力下,超强超短激光的研究将取得更大的发展,为人们的未来带来更多神奇的技术。

(作者李莎莎,中国科学院上海光学精密机械研究所科学传播部主任)[编辑:田伯群]。。

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