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新超强激光如全球阳光集中照射一粒尘埃

科学家发明了一种生成超高强度激光的技术。研究人员打比方说,其强度相当于地球上接收到的所有阳光的能量,聚焦于一个尘埃那么小一点的面积上。

新超强激光如全球阳光集中照射一粒尘埃激光示意图。研究负责人韩国光州科学技术院(Gwangju Institute of Science and Technology)的南昌熙(Chang-hee Nam)介绍说,他们能够实现的激光强度,就像把全球的阳光集中照射在只有10微米的这么小的面积上。这样的面积和一粒尘埃,或是一个红细胞差不多大。这种激光脉冲在几个飞秒的瞬间内,强度达到每平方 厘米10²³瓦。研究组让激光通过一种障碍路径,使激光被反射,以及控制构成激光的光子的运动,使其强度不断增加。激光虽然具有粒子的特点(因为光是由一个个光子组成的物质),但是同时又有能量波的特点,研究人员发现,控制激光的波阵面(wavefront,类似海浪的前端)对于聚焦激光的能量也很重要。南昌熙说,他们的研究组花了十年时间才实现这项技术。“我们花了十几年时间开发这套飞秒激光技术。2017年我们达到了4PW的输出功率。后来我们把目标集中在聚焦激光束上,从开始的28厘米聚焦到1微米。为了达到这一步,我们使用可变形的镜子帮助控制激光的波阵面。”研究介绍说,超高功率的激光有助于激光束不产生扭曲;可变形的镜面保证光束非常精准地聚焦。两个方面配合实现了这种高强度激光。新超强激光如全球阳光集中照射一粒尘埃探索光与光之间的互动如此高强度的激光有助于科学家探索早期的宇宙。南昌熙说:“用高强度激光我们能研究由光与光之间的互动产生的正负电子对现象。理论猜测在早期的宇宙内、超新星爆发或从黑洞喷出的等离子射流内,都存在这种现象。”以前科学家只能通过理论计算进行推测,有了这样高强度的激光,科学家可以开始在实验室进行模拟,探索这些理论。新超强激光如全球阳光集中照射一粒尘埃或成为癌症新疗法高强度激光有希望成为治疗癌症的一种有效的方法。质子疗法是新一代治疗癌症的方法,用加速器把带正电的质子束照射患者的癌细胞。这种疗法已经初见成效,只是加速器需要一个较大防辐射罩,成本较高。南昌熙说,这种高强度激光能够达到类似的效果,成本却低一些,更多患者可以负担得起。这种激光虽然是转瞬即逝,但是看起来它将对物理界和其它科学领域产生巨大的影响。这份研究5月6日发表于《光学设计》(Optica)期刊。

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