激光用处激光的这些特性到底有什么用呢？我手中的激光笔，距离非常短的时候，它就是一

激光用处激光的这些特性到底有什么用呢？我手中的激光笔，距离非常短的时候，它就是一个点，但是我可以把它投射到很远的地方，它仍然保持一个点，而且能量非常集中。这就是利用了激光的方向性好，单色性特别高的特点。激光还可以用于芯片加工。大家可能对最近的中兴事件和华为事件有所了解，都是涉及芯片的问题，而制作芯片需要光刻机。现在最高端的用于芯片加工的光刻机，工作原理就是用激光打一个锡液滴，产生极紫外波段的光，然后用透镜聚焦起来，在芯片基板上进行刻蚀。这时候就做出了手机或者电脑上使用的高端芯片。另外，激光也可以用来做激光武器。据相关报道，在一个地基上建立的激光器可以打到数千米之外的橡皮艇上，差不多1分钟之内就可以将其摧毁。此外，利用激光还可以驱动蛋白质或者细胞进行运动，在生物和医学领域有很多应用。从上图可以看出，1960年第一台激光器发明之后，在一二十年内激光的强度保持平稳，直到CPA技术出现激光的强度才有了飞跃发展。CPA技术就是啁啾脉冲放大技术。这个技术可以把激光的强度瞬间提高很多。CPA技术到底是个什么技术呢？其实在激光领域要想得到比较高能量的激光输出，需要不断地提高种子光的能量，不断地放大。但是元器件、镜片都有一定的损伤阈值，激光的种子光是不能无限提升的。好比人通过一扇门时会碰到头，这个问题怎么解决呢？科学家找出了一种方法——“一躺解千愁”，让人躺着过去、爬着过去，爬的过程中给他一副高跷，过了门以后再让他立起来。激光在放大之后就远远高于种子光的光强了。CPA技术（啁啾脉冲放大技术）是由Mourou和他的学生Strickland在1985年左右发明的。当时有一个非常有意思的故事，他的学生Strickland在实验室里做实验的时候，无意中想到一个方法，就是用啁啾脉冲进行激光放大，以此解决激光放大元器件损伤阈值不高的难题。2018年诺贝尔物理学奖获得者她把原来用于雷达里的啁啾脉冲放大技术应用到了激光领域，用非常简单的实验光路完成了实验。当她把这件事告诉她的导师Mourou的时候，Mourou觉得很有意思，但是他根本没有想过几十年后竟然因此获得2018年的诺贝尔物理学奖。他们当时发现的CPA技术只是发表在了OC（Optics Communications）期刊上，影响因子只有一点几，是一篇非常普通的文章。但是在2018年却获得了诺贝尔物理学奖。这告诉我们一个什么道理呢？诺贝尔物理学奖或者说诺贝尔奖并不是那么高深莫测，最重要的是原创性。原创性的东西如果后来被大量的人使用，得到更大的发展，从而对人类社会起到很大的推动作用，它就配得上诺贝尔奖。我觉得在座的许多小朋友，你们许多非常奇特的想法要坚持下去，把想法坚持下去，说不定多年后你也可以获得诺贝尔奖。诺贝尔物理学奖获得者Mourou跟我们的交集还是蛮多的，2017年，他被邀请到我们的实验室来观看超强超短激光，同时，他还被邀请到上海科技大学进行交流。2018年12月，他获得了诺贝尔物理学奖。2019年在SPIE国外会议上，我再次见到他，还邀请他拍了合照。可以看到从2017年到2019年，Mourou有了很大的变化，最大的变化是什么呢？2017年，他穿的是黑色西服，2019年，他穿了非常时尚的红色西服，变成“红人”了，这是因为2018年12月他获得了诺贝尔物理学奖。现在Mourou在国际上做完报告以后，许多科研工作者都会邀请他一起合影，我就是其中之一。什么是超强超短激光从名字上就可以看出来，超强超短激光有两大特点：第一大特点是超强，激光的强度特别高，光强可以达到1021W/cm2。打一个非常形象的比喻，假设地球外面有一个非常大的透镜，可以把照射在地球上所有的太阳光聚焦到头发丝这么小的尺度上，这时候的光强就是激光所能达到的程度。第二大特点是超短，激光的脉宽特别短，这里的脉宽是指激光存在的时间可以达到飞秒量级，1飞秒等于一千万亿分之一秒。就是因为激光可以被压缩到这么小的时间尺度，所以它的光强才如此之高。以前我经常给国内外的来宾或小学生讲解实验室。有一次一批小学生来参观实验室，快结束时，我启发性地问了他们一个问题，我说为什么超强超短激光的光强如此之高呢？这时候有一个小朋友特别聪明，我特别喜欢他的答案，他说“浓缩的就是精华”。确实是这样，因为激光在时间尺度上超级浓缩，在空间尺度上也可以聚焦到一个非常小的焦斑，所以强度才如此之高。同时，激光功率也是非常高的，是全球电网平均功率的4000倍。大家看到这个数据可能心里会有很多疑问，既然它是全球电网平均功率的4000倍，是不是激光开启之后全球就没有电了呢？其实并不是这样的。我们在这里给出来的是功率的概念，而电量的概念是功率乘以时间。前面说过激光的另一大特点就是超短。这么大的功率乘以那么小的飞秒时间尺度，得到的电量并不是很大，所以激光开启之后，全球仍然有电。世界上许多发达国家包括美国、日本、韩国等都在竞相进行10PW甚至100PW激光器的研制。中科院上海光机所早在2016年的时候就得到了5.3PW的超强超短激光，打破当时的世界纪录。2017年，我们得到了10PW的功率输出，也是世界第一。最近，上海市和国家共同投资一个89亿元的项目，超强超短装置在这里面申请到了6亿元，在地下30米的地方，将要建设100PW的激光。2023年有可能会实现100PW的功率输出，到时候我们仍然想占据世界第一的位置。SULF上海超强超短激光实验装置这就是新建的10PW实验室，在上海科技大学的旁边。我们不仅建设了超强超短激光，在后面还建立了三条束线来做不同的物理实验。其实这么大的科学装置有很多关键技术等着我们去解决，包括高能量宽带脉冲放大和压缩、光谱整形、光束时域和空域质量控制、系统集成等。这里面具有代表性的是钛宝石晶体，它是激光器的心脏。有了它，激光才能从比较弱能量的种子光不断地放大，最后形成5PW、10PW甚至100PW的激光。但是这么大口径的钛宝石晶体，发达国家和公司对我们是禁运的。非常幸运的是，光机所不仅能够制造大的科学装置，从原始的材料、晶体到镀膜、机械加工都是自给自足的，这才支撑光机所在世界上能够不断占据第一的位置。其实钛宝石晶体的原始材料——晶体是没有颜色的，就是因为放大的需要掺了钛元素才呈现“瑰红色”，那它是不是和珠宝店里的宝石差不多呢？其实是差不多的，只不过珠宝店的宝石是天然的，而钛宝石是人工的。钛宝石的纯度要比天然宝石的高得多，色泽均一性都高于天然宝石。只不过大家传统的观念里认为天然的都是稀有的，其实钛宝石晶体更加稀有，它关系着我们国家命运的发展，是国之重器的心脏。超强超短激光的应用利用激光器可以进行很多应用，可以利用超强超短激光和薄膜靶加速里面的质子。工作原理很简单，大家都知道风吹着帆，船会往前走，激光也可以推动薄靶板往前走来加速质子。在这里激光就和风一样，质子就和船一样不断加速。只不过因为激光特别强，加速起来的速度比船的速度要快得多，可以达到光速。传统化疗的弊端我们不断地加速这么高能量的质子束到底有什么用呢？最重要的应用就是质子医疗。传统的化疗和放疗有一个弊端，在治疗的过程中会把癌细胞和健康细胞全部杀死。一个癌症病人最后去世并不是癌细胞把病人杀死的，而是在化疗的最后，健康细胞被大量消耗，免疫力下降，普通的病毒或感冒就可能要了癌症病人的性命。质子束最大的特点是指哪儿打哪儿。打一个非常形象的比喻，假如有100MeV能量的质子束只在人体内部5厘米的地方进行沉积，它在过深过浅或周围的地方都不沉积，这就大大保留了癌症病人健康细胞的数量，从而大大提升了癌症病人的存活概率。 转载自: 002222股吧 http://002222.h0.cn