上海超強超短激光達國際領先水平 或可改進“質子刀”

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據人民日報9月8日報道，上海張江綜合性國家科學中心超強超短激光實驗裝置（SULF）研制工作近日取得重要進展：成功實現了5拍瓦（1拍瓦等於1000萬億瓦）激光脈衝輸出，達到國際領先水平。預計2017年將在全世界率先實現10拍瓦激光輸出目標，2018年建成面向用戶的實驗裝置。

這項工作由中科院上海光機所—上海科技大學超強激光光源聯合實驗室共同進行，已被納入上海建設具有全球影響力的科創中心、打造世界級重大科技基礎設施集群的首批重大項目。

超強超短激光被認為是人類已知的最亮光源，是國際激光科技的最新發展前沿和重點競爭領域，具有重大科技意義與應用價值。目前，世界多個國家投入巨資開展10拍瓦級大型超強超短激光裝置的研制，其中歐盟支持的項目計劃於2018年建成10拍瓦激光用戶裝置。

如何能拍攝到原子運動的清晰圖像？可用於癌癥治療的質子刀是否有可能更小型化？這些或許都要依靠超強超短激光的“能力。”

“從某種程度上說，超強超短激光就像一種新型‘工具’”，研究人員介紹，它能在實驗室內創造出前所未有的超強電磁場、超高能量密度和超快時間尺度綜合性極端物理條件，在臺式化加速器、超快化學、阿秒科學、材料科學、激光聚變、核物理與核醫學、高能物理等領域具有重大應用價值。

例如可用於研制台式化電子加速器和超快X射線源，對蛋白質中原子運動進行成像探測，揭示生命的奧秘；可用於研制基於小型化激光質子加速器的激光質子刀，進行癌癥治療；產生的阿秒脈衝還可以用於探測原子內電子的運動，推動材料科學與信息技術的進步；超強超短激光還可用於產生反物質，研究天體物理和宇宙起源，將來還可能用於真空結構和暗物質的探測。

“1拍瓦相當於全球電網平均功率的500倍，10拍瓦的激光如果聚焦到10微米，達到的光強就相當於將照在地球表面的太陽光全部‘聚’到一根頭發絲上的10倍。”研究人員表示，在實驗室裏，如此大的功率其能量僅300焦耳，不及2000瓦微波爐運作1秒鐘能量的1/6，“因而十分安全”。

據澎湃新聞9月8日報道，張江的超強激光光源聯合實驗室的技術人員稱，項目團隊在國際上首次實現了200焦耳以上能量水平的寬帶（70納米）激光放大輸出。主放大器輸出的數納秒級啁啾脈衝經過采用大口徑光柵的脈衝壓縮器壓縮至亞30飛秒脈衝，壓縮後激光脈衝的峰值功率最高可達5.3拍瓦，這是目前已知的國際最高激光脈衝峰值功率。

據悉，上海超強超短激光實驗裝置項目預計將首批建成3個用戶實驗終端，服務於物質科學與生命科學的研究。平台之一是極端條件材料科學研究平台，開展極端物理條件下材料的超高時間分辨動力學研究，在高溫高壓等極端物理條件下重要材料動態特性研究等方面具有不可替代的重要應用需求。

平台之二是超快亞原子物理研究平台：基於激光驅動產生的超快高能粒子束流與光子束流，開展等離子體狀態反應截面，低宇宙環境噪聲下小截面反應，高能光子巨共振等研究，在天體物理和未來能源研究方面具有重要應用需求。

平台之三是超快化學與大分子動力學研究平台：基於激光驅動產生的阿秒X射線源、超快質子束以及太赫茲輻射束，實現有機大分子的結構測定等基礎研究。

（觀察者網綜合人民日報、澎湃新聞等）

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