韓國科學(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}沖集中到一個僅略大于一微米的點(diǎn)上，不到人類頭發(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)成果是在韓國大jeon基礎(chǔ)科學(xué)研究所(IBS)的相對論激光科學(xué)中心(CoReLS)完成的，使用了一個高度復(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)的一個研究小組報告稱，用了十多年的時間才達(dá)到了這種新的激光強(qiáng)度，超過了之前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?！盋oReLS主任Nam Chang-hee教授說?！坝辛俗罡叩募す鈴?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)場量子電動力學(xué)(QED)。我們還可以探索非線性區(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-惠勒過程)的新物理問題。”

一個1023W/c㎡的激光器，還可以用來檢查高能宇宙射線產(chǎn)生的現(xiàn)象，這種射線的能量超過一千萬億電子伏(eV)。盡管科學(xué)家們知道這些射線來自太陽系外的某個地方，但它們是如何形成的，以及是什么形成的，長期以來一直是一個謎。

“除了幫助我們更好地理解天體物理現(xiàn)象，它還可以為開發(fā)一種使用高能質(zhì)子治療癌癥的輻射療法的新來源提供必要的信息?！盢am Chang-hee教授表示。

一般來說，達(dá)到如此高水平的激光強(qiáng)度需要兩件事——一個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強(qiáng)度，但在脈沖激光系統(tǒng)中，通過在短至飛秒(一千萬億分之一秒)的時間尺度上傳輸能量，可以獲得更高的峰值功率輸出(在兆瓦級上)。

自2016年以來，CoReLS一直使用4千瓦時(PW)激光系統(tǒng)，但在今年4月，員工通過緊密聚焦其多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，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，對研究方法和結(jié)果進(jìn)行了進(jìn)一步的詳細(xì)介紹。