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上海超强超短激光实验装置成功实现10拍瓦激光放大输出
材料来源:人民网           录入时间:2017/10/27 7:37:53

上海超强超短激光实验装置(SULF)研制工作取得重大突破:10月24日晚,该装置成功实现了10拍瓦激光放大输出,达到国际同类研究的领先水平,也是目前人类能掌握的最高光强光源。这是继2016年8月实现5拍瓦国际领先成果之后,我国超强超短激光实验装置研究再次取得重大进展。SULF装置计划于2018年底全面建成并对用户开放。


 

中科院上海光机所和上海科技大学超强激光光源联合实验室位于浦东张江。超强超短激光能在实验室内创造出前所未有的超强电磁场、超高能量密度和超快时间尺度综合性极端物理条件。这一成果可用于研制台式化电子加速器和超快X射线源,对蛋白质中原子运动进行成像探测,揭示生命的奥秘;可用于研制小型激光质子刀,进行癌症的治疗;可产生阿秒脉冲探探测原子内电子的运动,推动材料科学和信息技术的进步;可用于产生反物质和探测暗物质,研究天体物理和宇宙起源等。国际上多个国家投入巨资开展10拍瓦级大型超强超短激光装置的研制,展开激烈的科研竞争。例如,欧盟支持的极端光设施(ELI)项目正在同时建设多套10拍瓦激光用户装置,法国和英国也正在研制各自的10拍瓦激光装置,美、俄、日等则提出了百拍瓦级超强超短激光装置的研究设想。

1拍瓦=1千万亿瓦。据介绍,1拍瓦激光聚焦到10微米大小所对应的光强,大约相当于在地球与太阳之间放置一个放大镜,将太阳辐射向地球的所有阳光都聚焦到一根头发丝粗细的尺度上。只有恒星内部或是黑洞边缘才有类似的极端物理条件。

在国家发展改革委和上海市政府的重视支持下,以10拍瓦激光装置为核心的上海超强超短激光实验装置(SULF)的研制被纳入上海建设具有全球影响力的科创中心、打造世界级重大科技基础设施集群的首批重大项目,将是上海张江综合性国家科学中心的核心平台之一。


 

SULF激光装置采用基于大口径钛宝石晶体的啁啾脉冲放大技术路线。研究人员解决了大口径高增益激光放大器、高性能激光泵浦源、宽带高阶色散精密控制和增益窄化抑制等关键科学技术问题,在国际上首次实现了300焦耳以上能量水平的宽带(半高全宽达到70纳米)激光放大输出。10拍瓦激光主放大器采用的钛宝石晶体直径达235毫米,由上海光机所自主研制,这是我国首次研制成功并获得激光放大的口径超过200毫米的激光晶体,也是目前已知国际最大口径的激光放大晶体。

钛宝石主放大器输出的纳秒级啁啾脉冲最高能量达到339焦耳,激光脉冲宽度经过脉冲压缩器压缩后达到21飞秒,压缩器效率64%,压缩后激光脉冲的最高峰值功率可达10.3拍瓦,这是目前已知的最高激光脉冲峰值功率。


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