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1023W/c㎡!韩国科学家打造出世界上强度最高的激光束:聚焦到1微米的点上

2021-05-07 13:45 前瞻网   

韩国科学家成功打造并展示了迄今为止强度最高的激光束——每平方厘米(W/c㎡) 1023瓦。

研究人员能够将激光脉冲集中到一个仅略大于一微米的点上,不到人类头发直径的五十分之一。

这种“前所未有的”破纪录的激光强度,堪比将所有从太阳到达地球的光聚焦到10微米的一点。要知道,10微米只比标准的红细胞大小(6-8微米)大一点点。

1023W/c㎡!韩国科学家打造出世界上强度最高的激光束:聚焦到1微米的点上

这项成果是在韩国大jeon基础科学研究所(IBS)的相对论激光科学中心(CoReLS)完成的,使用了一个高度复杂的由镜子、透镜、传感器、功率放大器等组成的系统,打破了此前密歇根大学的纪录。

2004年,密歇根大学的一个研究小组报告称,用了十多年的时间才达到了这种新的激光强度,超过了之前1022 W/c㎡的记录。

超高强度激光,可以帮助研究在极端物理条件下(包括在外层空间)发生的新天体物理现象,或开发治疗疾病的技术。

“这项工作表明,CoReLS PW激光器已经成为了世界上最强大的激光器。”CoReLS主任Nam Chang-hee教授说。“有了最高的激光强度,我们可以解决实验科学的新挑战领域,特别是强场量子电动力学(QED)。我们还可以探索非线性区域中的电子-光子散射(康普顿散射)和光子-光子散射(布雷特-惠勒过程)的新物理问题。”

一个1023W/c㎡的激光器,还可以用来检查高能宇宙射线产生的现象,这种射线的能量超过一千万亿电子伏(eV)。尽管科学家们知道这些射线来自太阳系外的某个地方,但它们是如何形成的,以及是什么形成的,长期以来一直是一个谜。

“除了帮助我们更好地理解天体物理现象,它还可以为开发一种使用高能质子治疗癌症的辐射疗法的新来源提供必要的信息。”Nam Chang-hee教授表示。

一般来说,达到如此高水平的激光强度需要两件事——一个激光器具有极高的功率输出,并将激光聚焦到尽可能小的点。

虽然连续波激光器被限制在兆瓦级强度,但在脉冲激光系统中,通过在短至飞秒(一千万亿分之一秒)的时间尺度上传输能量,可以获得更高的峰值功率输出(在兆瓦级上)。

自2016年以来,CoReLS一直使用4千瓦时(PW)激光系统,但在今年4月,员工通过紧密聚焦其多PW激光束实现了新的里程碑。研究人员使用了一种具有可变形镜子的自适应光学系统,来精确补偿光学畸变。

这种可变形的镜子,其反射表面形状有点像卫星天线,可以纠正激光中的畸变,并产生一束具有良好控制的波前的光束,以达到非常紧密的聚焦。

该研究团队的研究论文发表在《光学》(Optica)杂志上,对研究方法和结果进行了进一步的详细介绍。

译/前瞻经济学人APP资讯组

 

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责任编辑: 4126TJ

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