�？坡�100號，兩間不到800平方米的實驗室，擺放著五顏六色的晶體、長長的真空管等裝置，看上去沒有什么特別之處。就是在這里，中科院上海光機所—上�？萍即髮W(xué)超強激光光源聯(lián)合實驗室，日前成功實現(xiàn)了5拍瓦激光脈沖輸出。這是目前已知的世界最高激光脈沖峰值功率，有望明年年底成為世界首個實現(xiàn)10拍瓦激光輸出的裝置。

　　超強超短是什么概念？1拍瓦等于1千萬億瓦，相當(dāng)于全球電網(wǎng)平均功率的500倍，1飛秒等于1秒的1千萬億分之一。普通照相機最快可以達到毫秒級，這相當(dāng)于飛秒級照相機的科學(xué)裝置，可為電子運動軌跡成像。

　　超強超短激光有何應(yīng)用價值

　　今年3月，我國科學(xué)家首次利用激光產(chǎn)生反物質(zhì)。這正是上海超強超短激光實驗裝置的一個成果，它可以在材料內(nèi)部制造出反物質(zhì)，也就是大量正電子，與材料內(nèi)部帶負荷的電子發(fā)生湮滅，當(dāng)電子的全部質(zhì)量轉(zhuǎn)變成電磁輻射，并以伽馬光子射出，再檢測這些光子，就能間接地探測到材料的內(nèi)部情況。未來，這一成果還可能用于真空結(jié)構(gòu)和暗物質(zhì)的探測。

　　這還只是超強超短激光應(yīng)用的冰山一角。它為人類提供了前所未有的極端物理條件與全新實驗手段，自然界中只有在恒星內(nèi)部或是黑洞邊緣才能找到的高能量密度(單位體積內(nèi)包含的能量)極端條件已有可能在實驗室內(nèi)創(chuàng)造。舉例來說，解析一個蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，對于揭示生命的奧秘意義重大，超強超短激光可用于研制臺式化電子加速器和超快X射線源，對蛋白質(zhì)中的原子運動進行成像探測；目前用于癌癥治療的傳統(tǒng)質(zhì)子加速器，體積龐大，超強超短激光可用于研制小型化激光質(zhì)子刀；　材料的很多根本特性是由電子特性來決定的，電子運動的速度比原子還要快，超強超短激光正是“以快制快”，其阿秒(1阿秒=10-18秒)脈沖可以用于探測原子內(nèi)電子的運動，推動材料科學(xué)的進步。一言以蔽之，它在臺式化加速器、超快化學(xué)、阿秒科學(xué)、材料科學(xué)、激光聚變、核物理與核醫(yī)學(xué)、高能物理等領(lǐng)域都具有重大應(yīng)用價值。

　　早在2010年，《自然》就預(yù)測未來10年激光領(lǐng)域可能實現(xiàn)5項重大突破，其中4項與超強激光直接相關(guān)�！犊茖W(xué)》 也發(fā)專文指出，“這項工作將影響每一項研究，從聚變到天體物理。”正因為此，超強超短激光成為了國際上激光科技的最新發(fā)展前沿與競爭重點領(lǐng)域。多個國家投巨資開展10拍瓦級激光裝置的研制。歐盟計劃于2018年建成10拍瓦激光裝置，法國和英國也正在研制各自的10拍瓦激光裝置，美、俄、日等則提出了百拍瓦級激光裝置的設(shè)想。

　　在國家發(fā)改委和上海市共同支持下，以10拍瓦激光裝置為核心的上海超強超短激光實驗裝置的研制已被納入上海建設(shè)具有全球影響力的科創(chuàng)中心、打造世界級重大科技基礎(chǔ)設(shè)施集群的首批重大項目，也將是上海張江綜合性國家科學(xué)中心的核心平臺之一。

　　為什么10拍瓦是一道坎

　　為什么各國都把建成10拍瓦激光裝置作為重要的目標(biāo)？上海光機所強場激光物理國家重點實驗室主任冷雨欣介紹，10拍瓦是一道坎，建設(shè)難度大，同時應(yīng)用范圍廣，一旦建成可以更好地提供極端物理條件與全新實驗手段。

　　“每步都很難，10拍瓦更是難上加難。”冷雨欣說，從1996年研制出鈦寶石2.8太瓦(1拍瓦=1千太瓦)激光裝置算起，科研團隊為之奮斗了整整20年。2007年為了研制當(dāng)時世界最高鈦寶石功率0.89拍瓦的激光裝置，科研人員頂著壓力，沒日沒夜地干。當(dāng)時，實驗室的裝置需要預(yù)熱，大家輪流早晨6時就趕到實驗室把空調(diào)打開。等到調(diào)節(jié)好設(shè)備開始實驗，差不多就到了下午，沒有一個人舍得按時下班，都喜歡在實驗室工作到深夜。

　　天道酬勤。2013年團隊研制成功了當(dāng)時國際最高峰值功率2拍瓦激光放大系統(tǒng)，此前國際最高激光峰值功率是由美國勞倫斯—利弗莫爾國家實驗室1999年創(chuàng)造并保持14年領(lǐng)先地位的1.5拍瓦。

　　這一領(lǐng)跑優(yōu)勢一直保持到了今天。如果說激光放大技術(shù)是一座高峰，把脈沖時間壓縮到趨于無窮小則是一座更高的險峰。能量不變的情況下，只有當(dāng)時間趨于無窮小時，功率才會趨于無窮大。就在今年8月，科研團隊解決了激光放大和脈沖壓縮的關(guān)鍵技術(shù)問題，實現(xiàn)了5拍瓦激光脈沖輸出。

　　科學(xué)家預(yù)測，未來5年，激光的聚焦強度可能超過1023W/cm2，甚至更高量級。這么大的光強意味著什么？估算一下，1021W/cm2相當(dāng)于地球接收到的太陽總能量聚焦到頭發(fā)絲粗細的尺度。如此巨大的光強，人們可能會擔(dān)心超強超短激光裝置是否會帶來輻射�？蒲腥藛T解釋說，盡管超強超短激光的功率達到拍瓦級，但因為時間達到飛秒級，其能量還不如一瓶可樂，在脈沖持續(xù)時間里，只有大約200焦耳的能量。需要知道的是，一臺2千瓦的微波爐如果工作1秒鐘，就能產(chǎn)生2千焦耳的能量，連牛奶都轉(zhuǎn)不熱�？傮w而言，超強超短激光裝置產(chǎn)生的輻射很小，只需進行實驗室防護即可。

　　據(jù)介紹，這一項目預(yù)計明年年底將首批建成極端條件材料科學(xué)研究平臺、超快亞原子物理研究平臺、超快化學(xué)與大分子動力學(xué)研究平臺等3個用戶實驗終端，服務(wù)于物質(zhì)科學(xué)與生命科學(xué)的研究。

　　中科院上海分院院長、上�？萍即髮W(xué)黨委書記朱志遠評價這一國家戰(zhàn)略時說，在上海市委市政府部署下，超強超短激光裝置與同處張江的上海光源、國家蛋白質(zhì)中心上海設(shè)施等大科學(xué)設(shè)施共同組成了獨具特色的世界級大科學(xué)裝置集群�；�礎(chǔ)科學(xué)的創(chuàng)新和前沿問題的探索，離不開核心技術(shù)的突破。這一世界級大科學(xué)裝置集群的建成，是上海建設(shè)有全球影響力的科創(chuàng)中心的重要內(nèi)涵，將為提升科學(xué)界基礎(chǔ)研究能力和前沿探索能力做出更大貢獻。(解放日報記者 黃海華)