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世界上最高强度的激光

星之球科技 来源:量子认知2021-05-08 我要评论(0 )   

发表在《光学》杂志上题为《实现超过每平方厘米10^23瓦的激光强度》的论文中,韩国研究人员报告说,达到了有史以来最高的激光强度。这样的激光光束的强度有多强大?这相...

发表在《光学》杂志上题为《实现超过每平方厘米10^23瓦的激光强度》的论文中,韩国研究人员报告说,达到了有史以来最高的激光强度。

这样的激光光束的强度有多强大?这相当于将所有从太阳到达地球的光聚焦到一个红血球大小的点上的强度。

2004年密歇根大学团队报告了10^22 W / cm2的先前记录,十多年来科学家一直追求10^23 W / cm2级别的新的激光强度。

为什么需要追求这样强的激光强度?

因为这将有助于探索宇宙中新奇的物理现象。超高强度激光不仅可以帮助检查在极端物理条件下(包括在外太空中)发生的新颖的天体物理学现象。

除了帮助更好地理解天体物理学现象,它还可以提供必要的信息,以开发一种新的放射源,用于使用高能质子治疗癌症的放射治疗,用于开发治疗疾病的技术。

凭借最高的激光强度,可以应对实验科学的新挑战领域,尤其是主要由理论学家解决的强场量子电动力学(QED)。科学家可以探索非线性条件下电子-光子散射(康普顿散射)和光子-光子散射(Breit-Wheeler过程)的新物理问题。

这种研究与宇宙中发生的各种天体物理学现象直接相关,可以帮助进一步扩大知识视野。可以使用这样强度的激光器检查被认为与高功率宇宙射线有关的现象,这些高能宇宙射线的能量超过四千万亿电子伏特(eV)。尽管科学家知道这些射线来自我们太阳系之外的某个地方,但它们的制造方式和形成方式却一直是个谜。

这样强的激光强度是如何产生的?

研究人员能够将激光脉冲聚焦到一个斑点,该斑点的大小约一微米,不到人的头发丝直径的五十分之一。这个“前所未有的”破纪录的激光强度相当于将所有从太阳到达地球的光聚焦到10微米的点上。10微米仅比6至8微米红细胞大一点。

该研究结果由韩国大田基础科学研究所(IBS)的相对论激光科学中心(CoReLS)使用高度复杂的镜面、透镜、传感器、功率放大器等构成的petawatt激光设备(如图所示)创建了高强度脉冲。

如图所示这个10兆兆瓦激光器的布局和实验设置,BS分束器; DM1-2可变形反射镜; EM电能表; OAPf /1.1离轴抛物面镜; OL物镜; WFS1-2波前传感器。

激光的强度如何测量?

代表激光强度的功率密度的计算很简单。根据定义,功率密度是每单位面积的功率,通常以瓦特/平方厘米(W / cm2)表示。通过使用以厘米为单位的半径计算光束的面积并将光束的功率除以该面积来进行测量。

通常,要达到如此高的激光强度水平需要做两件事:一台具有极高功率输出的激光器,以及将该激光器聚焦到尽可能小的点上。

虽然连续波激光器的功率强度仅限于兆瓦级,但通过在短至飞秒的时间内传递能量,在脉冲激光器系统中可有更高的峰值功率输出(约为PB级)。

研究人员使用了具有可变形镜面的自适应光学系统来精确补偿光学畸变。可变形反射镜的反射表面形状有点像卫星天线,可以校正激光的畸变,并产生具有良好控制波前的光束,以实现非常紧密的聚焦。

参考:https://www.osapublishing.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-8-5-630&id=450828


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