張江綜合性國家科學中心達到國際領先水準

　　原標題：超強超短鐳射實現10拍瓦放大輸出 上海張江綜合性國家科學中心傳喜訊，達到國際同類研究領先水準

上海超強超短鐳射實驗裝置中的鈦寶石主放大器。 上海光機所提供 

　　超強超短鐳射，一般是指峰值功率大於1太瓦（1太瓦=1萬億瓦），脈衝寬度小于100飛秒（1飛秒等於1千萬億分之一秒）的鐳射。此次成功實現的10拍瓦鐳射放大輸出，則等於1億億瓦，相當於全球電網平均功率的5000倍

　　10月24日晚，中科院上海光機所和上海科技大學超強鐳射光源聯合實驗室傳出喜訊：上海超強超短鐳射實驗裝置（SULF）的研製工作取得重大突破，成功實現了10拍瓦鐳射放大輸出，這是目前已知的最高鐳射脈衝峰值功率，達到國際同類研究的領先水準。這是SULF裝置2016年8月實現5拍瓦國際領先成果之後再次取得重大進展。SULF裝置計劃于2018年底全面建成，2019年對用戶開放。

　　此次成功實現的10拍瓦鐳射放大輸出，則等於1億億瓦，相當於全球電網平均功率的5000倍。100飛秒是怎樣的瞬間呢？100飛秒相當於十萬億分之一秒，即使每秒飛行30萬千米的光，在這麼超短的時間內也只能走一根頭髮絲粗細的距離。此次鐳射脈衝寬度經過脈衝壓縮器壓縮後僅僅為21飛秒。

　　去年3月，我國科學家首次利用超強超短鐳射産生反物質。這還只是超強超短鐳射應用的冰山一角。超強超短鐳射能在實驗室內創造出前所未有的超強電磁場、超高能量密度和超快時間尺度等綜合性極端物理條件，這是之前只有在核爆中心、恒星內部、黑洞邊緣才能找到的極端物理條件，可用於研製鐳射質子刀以治療癌症；製造臺式化電子加速器和産生超快X射線源對蛋白質探測成像；研究天體物理和宇宙起源，將來還可能用於真空結構和暗物質的探測等。

　　正是因為超強超短鐳射在臺式化加速器、超快化學、阿秒科學、材料科學、鐳射聚變、核物理與核醫學、實驗室天體物理等領域具有重大應用價值，國際上多個國家投入鉅資開展10拍瓦級大型超強超短鐳射裝置的研製，展開激烈的科研競爭。例如，歐盟支持的極端光設施（ELI）項目正在同時建設多套10拍瓦鐳射用戶裝置，法國和英國也正在研製各自的10拍瓦鐳射裝置，美、俄、日等則提出了百拍瓦級超強超短鐳射裝置的研究設想。

　　在國家發展改革委和上海市政府的重視支持下，在浦東張江以10拍瓦鐳射裝置為核心的上海超強超短鐳射實驗裝置（SULF）的研製被納入上海建設具有全球影響力的科創中心、打造世界級重大科技基礎設施集群的首批重大項目，也將是上海張江綜合性國家科學中心的核心平臺之一。

　　SULF鐳射裝置採用基於大口徑鈦寶石晶體的啁啾脈衝放大技術路線。研究人員解決了大口徑高增益鐳射放大器、高性能鐳射泵浦源、寬頻高階色散精密控制和增益窄化抑制等關鍵科學技術問題，國際上首次實現了300焦耳以上能量水準的寬頻（半高全寬達到70納米）鐳射放大輸出。10拍瓦鐳射主放大器採用的鈦寶石晶體直徑達235毫米，由上海光機所自主研製，這是我國首次研製成功並獲得鐳射放大的口徑超過200毫米的鐳射晶體，也是目前已知國際最大口徑的鐳射放大晶體。

　　鈦寶石主放大器輸出的納秒級啁啾脈衝最高能量達到339焦耳，鐳射脈衝寬度經過脈衝壓縮器壓縮後達到21飛秒，壓縮器效率64%，壓縮後鐳射脈衝的最高峰值功率可達10.3拍瓦，這是目前已知的最高鐳射脈衝峰值功率。