世界最强大激光器：原理、成就与应用

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一、激光强度的衡量标准

2024年4月有新闻报导说，位于罗马尼亚的一家高科技中心最近激活了世界上最强大的激光器。激光器我们都听说过，知道它是一种很厉害的光源，发出的光就是激光，强度大，方向性好，应用范围广。但是这个新闻里的世界上最强大体现在哪里呢？它是怎么实现的呢？

发光的东西就是光源，他把能量转化为光。比如说燃烧的蜡烛把化学能转化为光，明亮的太阳把原子能转化为光，发光二极管把电能转。怎么比较这些光的强度呢？这就需要考虑几个因素，包括光的能量、照射面积和持续时间等等。

先考虑能量，罗马尼亚激光器发出的是脉冲式的激光，每个激光脉冲的能量大约是十焦，相当于一瓶大可乐，大约1公斤。从1米高的桌子上掉到地面时获得的能力，如果达到你的脚步，你会觉得有点疼，但是你还能忍受。

然后照射面同样的能量施加在不同的面积，效果是很不一样。这跟用手按图钉的道理是一样的，不会用在图钉帽上的力和图钉尖上的力一样大，但是你的手指不会受伤，就可以把图钉按进木板。普通光源发出的光朝着四面八方走，激光具有很好的方向，光的能量可以聚集在很小的面积上，所以强度也就是通常说的光强非常大。

二、罗马尼亚激光器的突破性成就

在四月份的中午，巴掌大的地面上每秒钟接收的太阳光能量大约就是十兆瓦，而罗马尼亚激光器的光谱分布也有几毫米，所以它的光强也就差出了几十万甚至几百万倍。

还要考虑持续的时间，能量与时间就是我们通常说的功率，同样的能量在不同的时间长度释放出来，功率是很不一样，效果也是大不相同。比如说小明扶着老奶奶过马路，警察一脚踹在流氓的屁股上，他们付出的总能量可能差不多，但是老奶奶安全地到达了马路对面，而坏人却直接来了个嘴。太阳光是均匀连续的照射，脉冲式激光器把有限的能量压缩在很短的一段时间的时候，所以瞬间的爆发效果就更加惊人。

简单的说，衡量一束光的强弱，就是把光的能量除以照射面积，再除以持续十倍。同样大小的能量，照射的面积太小，持续的时间越短，光的峰值能量就越大。

罗马尼亚激光器能够让激光脉冲在一分秒内达到100瓦的峰值，也就是说把十焦耳的能量压缩在一分秒，也就是1000万亿分之一秒的光脉冲，这是很难做到，不仅因为一飞秒是很短的时间，还因为这个峰值功率太大，什么材料都承受不起，都会被烧毁。

三、啁啾脉冲放大技术：突破性解决方案

为了实现这个了不起的成就，必须采用法国科学家布鲁在上个世纪80年代发明的啁啾脉冲放大技术在保证光强度的提升。气功自从1960年发明激光器，科学家们就一直在努力激光的各种指标。对于脉冲激光器来说，两个重要的目标是增大单个脉冲的能量和缩短脉冲的宽度。通过调Q锁膜和科尔透镜锁膜等超快激光技术，科学家可以把激光脉冲从毫秒的量飙到纳米几秒，还是至飞秒的表。但是提高单个脉冲激光的能量就要在增益件，也就是激光晶体中对激光脉冲进行放大。困难就来了，超高的激光峰值功率会对增益介质造成损害，增大激光光束直径有助于降低它的峰值功率，但是效果不是特别明显，还对激光晶体的生长提出了不切实际的要求。

终究卖出放大技术就应运而生了。激光是量子现象，也要服从量子力学的规则。根据测试员，当激光脉冲很短的时候，激光的波长就一定分布范围。利用光纤或光纤可以把不同波长的光分开，让它们经过长短不同的路径，然后再重新汇合，这样就可以把脉冲的持续时间拉长，不同波长也就是频率的光到达的时间是不一样，仿佛鸟叫声的婉转起伏。

所以这种现象就叫周星是当设计的系统可以把激光脉冲的宽度拉长几万倍甚至几十万倍，从飞秒的量级拉升到皮秒乃至那里，在这个过程中，由于能量守恒，激光脉冲的峰值能量也会下降相应的倍数。当然反过来也可以把纳米和皮秒的激光脉冲压缩到飞秒的终究卖出放大技术的工作原理是这样，首先生成一个小容量的超短激光脉，这就是种子，然后在时间上把它拉伸到一个快慢，随后通过激光晶体进行放大。因为这时候的脉冲宽度很大，峰值功率很低，即使放大很多倍也不会损坏激光。听单个脉冲可以拥有很高的能量，然后再反过来应用周星星，把这个能量很大但持续时间也很长的激光脉冲，你在很短的时间这样就可以得到能量很大，持续时间很短。

窗外啁啾激光放大技术罗马尼亚珠光器只是一个典型的代表，那里的科学家充分发挥了现有的技术，也许还发明了一些新的方法，才创造出迄今最短、最强烈的激光脉冲，把石焦耳光明庙压缩在一微秒的超短时间。现在从事这方面研究的国家有很，我国也有一些单位做出了很出色努力。

随着激光科学和技术的进步，高强度的超短光脉冲在很多领域，比如粒子物理学、核物理学、医学等都体现了自己的价值。我们希望他在将来会有更大的进步，得到更广泛的应用。