美國造出300萬億瓦迄今強度最高激光束

高能激光放大器

　　北京時間2月21日消息，據國外媒體報道，美國的科學家近日稱，他們最近在實驗室成功地制造出迄今為止強度最高的激光束，該激光束每平方厘米的流量為10億兆瓦特，功率為300萬億瓦，是美國全國電網發電量的約300倍，其強度相當于將地球接受到的全部太陽光集中照射在一粒沙子上。
　　美國密歇根州立大學物理學和工程學教授卡爾克魯舍尼克說：“這是我們能發出的瞬間強度，我們相信宇宙間再沒有比這強度更高的光了，這個激光束絕對創下了強度最高的記錄?！边@個脈沖激光束可持續30千萬億分之一秒，這種高強度將有助于科學家們研發更好的質子和電子光束，以進行癌癥的輻射治療。這個創記錄的激光束流量為每平方厘米10億兆瓦特，功率為300萬億瓦，這是整個美國電網發電量的300倍，當它的能量全部集中在直徑為人發絲直徑百分之一的1.3微米斑點上就產生了如此巨大的強度。
　　研究人員維克多-雅諾弗斯基是麻省理工學院電機工程與計算機科學系的一名科學家，在過去的六年中一直致力于建造超高能系統，他表示，這個強度為迄今為止全球所能產生的最大數量級強度。這個激光能以每10秒的頻率發出這種高強度光束，相比之下，其它功率的激光都需要1小時來進行再充電。為了獲得這種激光束，研究小組為原本以50太瓦的功率運行的高能激光系統增配了一個放大器。高能激光系統是一種鈦-剛玉激光，占據了麻省理工學院超速光學科學中心數個房間，它使用的是啁啾脈沖放大技術。輸入高能激光系統的光像一個乒乓球一樣從一連串鏡子和其它光學元件中彈跳而出，且一路上被延長、加電壓、壓擠和聚焦。
　　這一脈沖放大技術是美國麻省理工學院工程學名譽教授杰勒德-莫洛在上世紀80年代研發的，它依靠衍射光柵將持續時間較短的激光脈沖延長，使其的持續時間能延長5萬倍。于是，這種被延長的脈沖光會在不影響其通道上的光學裝置的前提下被放大，從而具有更高的能量。當光束在通過鈦-剛玉晶體后被放大到具備高能時，一個光學壓縮機會反轉延長和壓擠這個激光脈沖，直到其近乎恢復原來的時間長。然后，這個激光束就被聚焦成為了超高強度的光束。除醫學應用外，類似這種高強度激光束可以幫助研究人員開辟科學的新前沿。在具備極高強度時，激光束將有可能“使真空沸騰”，在理論上科學家們認為，如此便可以僅通過向真空區中聚焦光就可以實現物質的產生。一些科學家們還認為可以將其應用于慣性約束聚變研究，即使小質量原子結合形成大質量原子并釋放能量。
　　維克多-雅諾弗斯基說，“如果想獲得越來越強烈的激光，也就是說產生越來越多的光子，就必須要使受激輻射產生的光子多于受激吸收所吸收的光子。怎樣才能做到這一點呢？我們知道，光子對于高低能級的光子是一視同仁的。在光子作用下，高能級原子產生受激輻射的機會和低能級的原子產生受激吸收的機會是相同的。這樣，是否能得到光的放大就取決于高、低能級的原子數量之比。若位于高能級的原子遠遠多于位于低能級的原子，我們就得到被高度放大的光。但是，在通常熱平衡的原子體系中，原子數目按能級的分布服從玻爾茲曼分布率。因此，位于高能級的原子數總是少于低能級的原子數。在這種情況下，為了得到光的放大，必須到非熱平衡的體系中去尋找?！?BR>　　激光是20世紀繼原子能、計算機和半導體之后，人類的又一重大發明。它的原理早在1916 年已被著名的物理學家愛因斯坦發現，但要直到 1958 年激光才被首次成功制造。激光是在有理論準備和生產實踐 迫切需要的背景下應運而生的，它一問世，就獲得了異乎尋常的飛快發展，激光的發展不僅使古老的光學科學和光學技術獲得了新生，而且導致整個一門新興產業的出現。