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深度解读

强场激光物理及相关新方向现代科学重要前沿

来源:OFweek 激光网2015-01-14 我要评论(0 )   

强场激光物理是过去二十多年随着超短强激光技术的发展而快速发展起来的前沿学科。它对应的激光场强具有非常宽的范围,因而包含了

 强场激光物理是过去二十多年随着超短强激光技术的发展而快速发展起来的前沿学科。它对应的激光场强具有非常宽的范围,因而包含了极为丰富的非线性物理。早些时候,强激光场的概念主要是相对于原子轨道上的电子感受到的束缚电场而言的。氢原子第一玻尔轨道上电子受到的电场(~5×109V/cm)对应的激光强度约为1016W/cm2,在这种光场条件下,微扰理论已经完全不适用。实际上,在比这个光强更低的条件下,电子在激光场中的振荡势能就可以超过某些原子的电离势能而使原子电离。强场激光与单个原子作用已经包含二阶非线性以上的高阶非线性过程,譬如高次谐波产生。在激光强度接近或者大于1018W/cm2时,一方面由于大量原子被快速电离后形成等离子体,并产生由等离子体集体运动引起的非线性效应,另一方面由于电子在振荡电场中的速度已经接近光速,因而引起的相对论非线性效应开始起作用。所以这个激光强度下的激光与物质相互作用又被称为相对论光学,它是目前国际上高度关注的高能量密度物理的重要研究内容。最近几年,随着欧洲开始实施建造极端光场设施(ELI),人们甚至开始关注激光强度达到和超过1024W/cm2时的非线性物理,诸如辐射阻尼、真空极化非线性,乃至真空正负电子对产生等量子电动力学效应,将强场激光物理推向新极致。

  强场激光物理及相关前沿新方向是现代物理学乃至现代科学中最重要的前沿之一,不仅有重大的科学意义,而且对国家战略高新技术与交叉学科领域也有重要的推动作用。高次谐波和阿秒脉冲产生、强激光在大气中长距离传输和应用、强激光驱动产生超高梯度电子和离子加速、新型光源(从太赫兹辐射到伽玛射线)产生、光核物理、快点火激光核聚变和其他新型激光聚变概念等都是这个领域受到极大关注的课题。针对各种潜在的应用,这些课题不仅有大量的技术问题有待解决,还有极为丰富的新物理有待人们去认识。

  强场激光物理及相关新前沿新方向是国际上现代物理学乃至现代科学中非常重要的前沿学科领域,不仅有重大的科学意义,而且在国家战略高技术与交叉学科领域中也有重要的推动作用。实验室主要从事激光物理,特别是强场激光物理及相关新前沿新方向的开拓研究,包括:新一代超强超短激光源物理与技术;强场超快极端条件激光物理的实验与理论;超强超短激光与物质的相互作用;量子相干操控原子与电子、强场高能量密度物理等新前沿新方向开拓;基于强场超快条件的超短波长相干辐射、激光核聚变等战略高技术的科学基础;相关探测新技术新方法及在材料、生命和信息科学中的交叉应用基础等研究。

  强场激光物理国家重点实验室在以下研究方面取得系列重大进展:在超强超短激光的持续创新发展方面取得突破性进展,发明寄生振荡抑制等多项技术,研制成功世界最高峰值功率的飞秒拍瓦级超强超快钛宝石激光系统,被“NaturePhotonics”杂志专栏报道。利用该装置在台式化激光核聚变等研究中取得国际领先水平重大实验成果;强场超快物理研究取得有重要国际影响的系统性原创成果,如周期量级超快强场极端条件的创立与时空新特性的发现、周期与亚周期时间尺度量子相干控制及阿秒相干辐射新机制的发现等,为国际极端非线性光学等新领域的开拓与发展作出中国学者的重要贡献;此外,还在可调谐中红外新波段强场相互作用新物理、新效应前沿研究领域的开拓探索中取得重要原创性发现,并提出了相对论性超强激光场中高能电子与质子加速的新方案与新机制等。在包括国际顶尖物理学期刊PhysicalReviewLetters等杂志上发表了一批高质量的论文,已得到广泛引用与高度评价,产生重要国际学术影响,并获得一批发明专利。

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