超强超短激光应用前景广阔（科技大观）

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激光，原子辐射的光。原理是，当原子中的电子吸收能量，然后从低能级跃迁到高能级，然后从高能级回落到低能级，释放的能量以光子的形式释放。这些激发光子的光学特性高度一致，因此激光比普通光源具有更好的单色性、方向性和亮度。

自从1960年第一台激光器诞生以来，科学家们一直在寻求激光强度和性能方面的更大突破。超强超短激光就是一个典型的例子，它最大的特点就是“超强”和“超短”。“超强”是指这种激光的峰值功率一般大于1太瓦(1太瓦等于1万亿瓦)，相当于世界上所有同时运行的发电机的总功率。“超短”意味着这种激光持续时间很短，达到飞秒水平(1飞秒等于1万亿分之一秒)。在如此短的时间内，激光只能走一段头发那么粗的距离，这不仅人眼无法识别，而且光电探测器也无法分辨。

目前，获得超强超短激光最基本的方法是2018年诺贝尔物理学奖获得者穆鲁和斯特里克兰发明的啁啾脉冲放大技术。在激光放大过程中，随着激光能量的增加，激光脉冲的峰值功率会迅速增加，可能超过激光材料的损伤阈值，导致材料损伤。啁啾脉冲放大技术巧妙地解决了这个问题。它在时间上加宽一个超短脉冲，然后放大能量。当脉冲变宽时，功率将变得非常低。即使能量增加许多倍，脉冲的峰值功率也能保持在材料的容许范围内。然后，在时域内将脉冲压缩到超短水平，可以大大提高激光脉冲的功率。在实践中，一个占地1000平方米的巨型激光器输出的超强超短激光在很短的时间内可以达到10拍瓦(1拍瓦等于1万亿瓦)，被称为“最亮的光源”。

超强超短激光由于其强度高、作用时间短，可以直接作用于物质的原子和分子层面，为其广泛应用打开了大门。超强激光只能在实验室的恒星或黑洞边缘创造极端条件，如超强电磁场、超高能量密度和超强光压，这为研究宇宙的起源和演化以及物质的相互作用提供了必要的条件。超强激光还可以为癌症治疗提供一种新的“激光质子刀”方案。由于定向沉积，高能质子可用于靶向癌症治疗，超强激光可将质子加速至厘米内所需的能量。这一计划仍处于试验阶段。超短激光可以显示其在超快光学和其他领域的天赋，通过它科学家可以捕捉非常高速的运动，甚至飞秒电子运动可以被清晰地记录下来。这种激光器已广泛应用于生物成像、眼科激光手术、精密加工等低输出功率领域。此外，由于超强超短激光的强度极高，它在通过空气体时会电离成等离子体，可用于天气干预。随着激光技术的不断发展，未来将实现激光诱导闪电和激光诱导降雪。

2016年，中国实现了5次激光放大和脉冲压缩输出，创下了当时激光脉冲峰值功率的世界纪录；2017年，中国成功实现了10千兆瓦激光放大输出，并继续保持世界同类研究的领先水平。相信通过科学家们的不断努力，超强超短激光的研究将会取得更大的发展，给未来的人们带来更多神奇的技术。

(作者是中国科学院上海光学与精细机械研究所科学传播主任)

人民日报(2020年4月24日，第17版)

来源：搜狐微门户