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韓國(guó)科學(xué)家成功打造并展示了迄今為止強(qiáng)度最高的激光束——每平方厘米(W/c㎡) 10*23瓦。
研究人員能夠?qū)⒓す饷}沖集中到一個(gè)僅略大于一微米的點(diǎn)上，不到人類(lèi)頭發(fā)直徑的五十分之一。
這種“前所未有的”破紀(jì)錄的激光強(qiáng)度，堪比將所有從太陽(yáng)到達(dá)地球的光聚焦到10微米的一點(diǎn)。要知道，10微米只比標(biāo)準(zhǔn)的紅細(xì)胞大小(6-8微米)大一點(diǎn)點(diǎn)。
這項(xiàng)成果是在韓國(guó)大jeon基礎(chǔ)科學(xué)研究所(IBS)的相對(duì)論激光科學(xué)中心(CoReLS)完成的，使用了一個(gè)高度復(fù)雜的由鏡子、透鏡、傳感器、功率放大器等組成的系統(tǒng)，打破了此前密歇根大學(xué)的紀(jì)錄。
2004年，密歇根大學(xué)的一個(gè)研究小組報(bào)告稱(chēng)，用了十多年的時(shí)間才達(dá)到了這種新的激光強(qiáng)度，超過(guò)了之前10*22 W/c㎡的記錄。
超高強(qiáng)度激光，可以幫助研究在極端物理?xiàng)l件下(包括在外層空間)發(fā)生的新天體物理現(xiàn)象，或開(kāi)發(fā)治療疾病的技術(shù)。
“這項(xiàng)工作表明，CoReLS PW激光器已經(jīng)成為了世界上最強(qiáng)大的激光器。”CoReLS主任Nam Chang-hee教授說(shuō)。“有了最高的激光強(qiáng)度，我們可以解決實(shí)驗(yàn)科學(xué)的新挑戰(zhàn)領(lǐng)域，特別是強(qiáng)場(chǎng)量子電動(dòng)力學(xué)(QED)。我們還可以探索非線(xiàn)性區(qū)域中的電子-光子散射(康普頓散射)和光子-光子散射(布雷特-惠勒過(guò)程)的新物理問(wèn)題。”
一個(gè)1023W/c㎡的激光器，還可以用來(lái)檢查高能宇宙射線(xiàn)產(chǎn)生的現(xiàn)象，這種射線(xiàn)的能量超過(guò)一千萬(wàn)億電子伏(eV)。盡管科學(xué)家們知道這些射線(xiàn)來(lái)自太陽(yáng)系外的某個(gè)地方，但它們是如何形成的，以及是什么形成的，長(zhǎng)期以來(lái)一直是一個(gè)謎。
“除了幫助我們更好地理解天體物理現(xiàn)象，它還可以為開(kāi)發(fā)一種使用高能質(zhì)子治療癌癥的輻射療法的新來(lái)源提供必要的信息。”Nam Chang-hee教授表示。
一般來(lái)說(shuō)，達(dá)到如此高水平的激光強(qiáng)度需要兩件事——一個(gè)激光器具有極高的功率輸出，并將激光聚焦到盡可能小的點(diǎn)。
雖然連續(xù)波激光器被限制在兆瓦級(jí)強(qiáng)度，但在脈沖激光系統(tǒng)中，通過(guò)在短至飛秒(一千萬(wàn)億分之一秒)的時(shí)間尺度上傳輸能量，可以獲得更高的峰值功率輸出(在兆瓦級(jí)上)。
自2016年以來(lái)，CoReLS一直使用4千瓦時(shí)(PW)激光系統(tǒng)，但在今年4月，員工通過(guò)緊密聚焦其多PW激光束實(shí)現(xiàn)了新的里程碑。研究人員使用了一種具有可變形鏡子的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，來(lái)精確補(bǔ)償光學(xué)畸變。
這種可變形的鏡子，其反射表面形狀有點(diǎn)像衛(wèi)星天線(xiàn)，可以糾正激光中的畸變，并產(chǎn)生一束具有良好控制的波前的光束，以達(dá)到非常緊密的聚焦。
該研究團(tuán)隊(duì)的研究論文發(fā)表在《光學(xué)》(Optica)雜志上，對(duì)研究方法和結(jié)果進(jìn)行了進(jìn)一步的詳細(xì)介紹。
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