大功率激光是各国梦寐以求的,因为,它能干的事实在是太多,比如军事爱好者们所熟知的激光武器,还有制造人工可控核聚变所需条件等等。 然而,大功率激光并非那么容易产生,并不是说给一个激光设备提供的能量越大,激光的功率就会越大。显然,单纯地提供大能量以进一步提高激光的功率现在已经变得很难,造价也越发昂贵。 怎么办? 我们知道:功率=功/时间=w/t 既然在“功”上突破已经很昂贵且很难,那么,我们就从“时间”上来突破。 1瓦特(功率)=1焦耳/1秒。 对于1焦耳的能量来说,如果我们把激光的脉冲时间从1秒缩短到0.1秒,那么我们就得到了10瓦的功率。 如果从1秒缩短0.001秒,我们就得到了1000瓦的功率。 同理,如果缩小到1皮秒呢?那么我们就得到了1,000,000,000,000瓦的功率(1万亿瓦)。 对于普通大众来说,1万亿瓦的功率其实已经大到了不可思议。然而,我国造出的超短激光脉冲,在时间尺度上是飞秒级别,其功率比上面的1万亿瓦还要多3个0,达到了1000万亿瓦的级别。 相信,研究激光的业内人士每天说“飞秒”、“阿秒”的次数绝对比很多人每天说“秒”的次数还要多,为此,我们先用一张表格来温故一下时间的量级: 一、超强的光强 目前,超强超短激光所能获得的最高光强为1022瓦/平方厘米。这是一个多大的光强呢?如果我们把地球上接收到的太阳总辐射同时聚焦在一根头发丝粗细的尺度上,获得的光强也只有1021瓦/平方厘米。 二、超高的能量密度 超强超短激光目前可以达到3×1010焦耳/立方厘米,这相当于是在1立方厘米的小体积内爆炸20吨的TNT炸药。 三、超强的光压 光会产生压力,这就是光压,也叫辐射压。还在科幻中的“太阳帆”就是以此为动力。太阳产生的光压很小很小,但是超强超短激光产生的光压接近大气压的1万亿倍。 例如,超强超短激光能产生超强的电场,利用这个电场可以加速粒子,现在,用激光加速粒子的相关实验,无论是国际上,还是我国的上海光机所等等,都在进行。如果实验未来获得突破,那么超强超短激光将会让未来的各种直线加速器小型化,同时成本降低。 中科院上海光机所此次还制造出了反物质,也就是正电子,它有什么用? 众所周知,只有当光子从树叶上反射并进入我们的眼睛时,我们才能看到那片树叶。而很多航空航天所需要的重要材料,其被生产出来,或者使用过以后后,我们很想了解其内部的微观结构、缺陷状态等信息,但又不能破坏材料本身,怎么弄?当然得使用无损探测。 而超强超短激光可以在材料内部制造出反物质,也就, 是大量正电子,这些正电子与材料内部的电子发生湮灭,于是,电子的全部质量转变成电磁辐射,并以伽马光子射出,检测这些光子,我们也就间接地探测到了材料的内部情况。利用正电子湮没技术可以对材料内部进行原子尺度的缺陷和损伤进行探测。 无疑,超强超短激光的应用将会非常广泛,正如美国学术杂志《科学》上的一篇分析文章指出“这项工作将影响每一项研究,从聚变到天体物理。” |