超強超短是什麽(me) 概念？1拍瓦等於(yu) 1千萬(wan) 億(yi) 瓦，相當於(yu) 全球電網平均功率的500倍，1飛秒等於(yu) 1秒的1千萬(wan) 億(yi) 分之一。普通照相機最快可以達到毫秒級，這相當於(yu) 飛秒級照相機的科學裝置，可為(wei) 電子運動軌跡成像。

　　超強超短激光有何應用價(jia) 值

　　今年3月，我國科學家首次利用激光產(chan) 生反物質。這正是上海超強超短激光實驗裝置的一個(ge) 成果，它可以在材料內(nei) 部製造出反物質，也就是大量正電子，與(yu) 材料內(nei) 部帶負荷的電子發生湮滅，當電子的全部質量轉變成電磁輻射，並以伽馬光子射出，再檢測這些光子，就能間接地探測到材料的內(nei) 部情況。未來，這一成果還可能用於(yu) 真空結構和暗物質的探測。

　　這還隻是超強超短激光應用的冰山一角。它為(wei) 人類提供了前所未有的極端物理條件與(yu) 全新實驗手段，自然界中隻有在恒星內(nei) 部或是黑洞邊緣才能找到的高能量密度（單位體(ti) 積內(nei) 包含的能量）極端條件已有可能在實驗室內(nei) 創造。舉(ju) 例來說，解析一個(ge) 蛋白質的結構，對於(yu) 揭示生命的奧秘意義(yi) 重大，超強超短激光可用於(yu) 研製台式化電子加速器和超快X射線源，對蛋白質中的原子運動進行成像探測；目前用於(yu) 癌症治療的傳(chuan) 統質子加速器，體(ti) 積龐大，超強超短激光可用於(yu) 研製小型化激光質子刀；材料的很多根本特性是由電子特性來決(jue) 定的，電子運動的速度比原子還要快，超強超短激光正是“以快製快”，其阿秒（1阿秒=10-18秒）脈衝(chong) 可以用於(yu) 探測原子內(nei) 電子的運動，推動材料科學的進步。一言以蔽之，它在台式化加速器、超快化學、阿秒科學、材料科學、激光聚變、核物理與(yu) 核醫學、高能物理等領域都具有重大應用價(jia) 值。

　　早在2010年，《自然》就預測未來10年激光領域可能實現5項重大突破，其中4項與(yu) 超強激光直接相關(guan) 。《科學》也發專(zhuan) 文指出，“這項工作將影響每一項研究，從(cong) 聚變到天體(ti) 物理。”正因為(wei) 此，超強超短激光成為(wei) 了國際上激光科技的最新發展前沿與(yu) 競爭(zheng) 重點領域。多個(ge) 國家投巨資開展10拍瓦級激光裝置的研製。歐盟計劃於(yu) 2018年建成10拍瓦激光裝置，法國和英國也正在研製各自的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想。

　　在國家發改委和上海市共同支持下，以10拍瓦激光裝置為(wei) 核心的上海超強超短激光實驗裝置的研製已被納入上海建設具有全球影響力的科創中心、打造世界級重大科技基礎設施集群的首批重大項目，也將是上海張江綜合性國家科學中心的核心平台之一。

　　為(wei) 什麽(me) 10拍瓦是一道坎

　　為(wei) 什麽(me) 各國都把建成10拍瓦激光裝置作為(wei) 重要的目標？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，建設難度大，同時應用範圍廣，一旦建成可以更好地提供極端物理條件與(yu) 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(cong) 1996年研製出鈦寶石2.8太瓦（1拍瓦=1千太瓦）激光裝置算起，科研團隊為(wei) 之奮鬥了整整20年。2007年為(wei) 了研製當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，沒日沒夜地幹。當時，實驗室的裝置需要預熱，大家輪流早晨6時就趕到實驗室把空調打開。等到調節好設備開始實驗，差不多就到了下午，沒有一個(ge) 人舍得按時下班，都喜歡在實驗室工作到深夜。

　　天道酬勤。2013年團隊研製成功了當時國際最高峰值功率2拍瓦激光放大係統，此前國際最高激光峰值功率是由美國勞倫(lun) 斯—利弗莫爾國家實驗室1999年創造並保持14年領先地位的1.5拍瓦。

　　這一領跑優(you) 勢一直保持到了今天。如果說激光放大技術是一座高峰，把脈衝(chong) 時間壓縮到趨於(yu) 無窮小則是一座更高的險峰。能量不變的情況下，隻有當時間趨於(yu) 無窮小時，功率才會(hui) 趨於(yu) 無窮大。就在今年8月，科研團隊解決(jue) 了激光放大和脈衝(chong) 壓縮的關(guan) 鍵技術問題，實現了5拍瓦激光脈衝(chong) 輸出。

　　科學家預測，未來5年，激光的聚焦強度可能超過1023W/cm2，甚至更高量級。這麽(me) 大的光強意味著什麽(me) ？估算一下，1021W/cm2相當於(yu) 地球接收到的太陽總能量聚焦到頭發絲(si) 粗細的尺度。如此巨大的光強，人們(men) 可能會(hui) 擔心超強超短激光裝置是否會(hui) 帶來輻射。科研人員解釋說，盡管超強超短激光的功率達到拍瓦級，但因為(wei) 時間達到飛秒級，其能量還不如一瓶可樂(le) ，在脈衝(chong) 持續時間裏，隻有大約200焦耳的能量。需要知道的是，一台2千瓦的微波爐如果工作1秒鍾，就能產(chan) 生2千焦耳的能量，連牛奶都轉不熱。總體(ti) 而言，超強超短激光裝置產(chan) 生的輻射很小，隻需進行實驗室防護即可。

　　據介紹，這一項目預計明年年底將首批建成極端條件材料科學研究平台、超快亞(ya) 原子物理研究平台、超快化學與(yu) 大分子動力學研究平台等3個(ge) 用戶實驗終端，服務於(yu) 物質科學與(yu) 生命科學的研究。

　　中科院上海分院院長、上海科技大學黨(dang) 委書(shu) 記朱誌遠評價(jia) 這一國家戰略時說，在上海市委市政府部署下，超強超短激光裝置與(yu) 同處張江的上海光源、國家蛋白質中心上海設施等大科學設施共同組成了獨具特色的世界級大科學裝置集群。基礎科學的創新和前沿問題的探索，離不開核心技術的突破。這一世界級大科學裝置集群的建成，是上海建設有全球影響力的科創中心的重要內(nei) 涵，將為(wei) 提升科學界基礎研究能力和前沿探索能力做出更大貢獻。