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深度解讀

強場激光物理及相關新方向現(xiàn)代科學重要前沿

來源:OFweek 激光網2015-01-14 我要評論(0 )   

強場激光物理是過去二十多年隨著超短強激光技術的發(fā)展而快速發(fā)展起來的前沿學科。它對應的激光場強具有非常寬的范圍,因而包含了

 強場激光物理是過去二十多年隨著超短強激光技術的發(fā)展而快速發(fā)展起來的前沿學科。它對應的激光場強具有非常寬的范圍,因而包含了極為豐富的非線性物理。早些時候,強激光場的概念主要是相對于原子軌道上的電子感受到的束縛電場而言的。氫原子第一玻爾軌道上電子受到的電場(~5×109V/cm)對應的激光強度約為1016W/cm2,在這種光場條件下,微擾理論已經完全不適用。實際上,在比這個光強更低的條件下,電子在激光場中的振蕩勢能就可以超過某些原子的電離勢能而使原子電離。強場激光與單個原子作用已經包含二階非線性以上的高階非線性過程,譬如高次諧波產生。在激光強度接近或者大于1018W/cm2時,一方面由于大量原子被快速電離后形成等離子體,并產生由等離子體集體運動引起的非線性效應,另一方面由于電子在振蕩電場中的速度已經接近光速,因而引起的相對論非線性效應開始起作用。所以這個激光強度下的激光與物質相互作用又被稱為相對論光學,它是目前國際上高度關注的高能量密度物理的重要研究內容。最近幾年,隨著歐洲開始實施建造極端光場設施(ELI),人們甚至開始關注激光強度達到和超過1024W/cm2時的非線性物理,諸如輻射阻尼、真空極化非線性,乃至真空正負電子對產生等量子電動力學效應,將強場激光物理推向新極致。

  強場激光物理及相關前沿新方向是現(xiàn)代物理學乃至現(xiàn)代科學中最重要的前沿之一,不僅有重大的科學意義,而且對國家戰(zhàn)略高新技術與交叉學科領域也有重要的推動作用。高次諧波和阿秒脈沖產生、強激光在大氣中長距離傳輸和應用、強激光驅動產生超高梯度電子和離子加速、新型光源(從太赫茲輻射到伽瑪射線)產生、光核物理、快點火激光核聚變和其他新型激光聚變概念等都是這個領域受到極大關注的課題。針對各種潛在的應用,這些課題不僅有大量的技術問題有待解決,還有極為豐富的新物理有待人們去認識。

  強場激光物理及相關新前沿新方向是國際上現(xiàn)代物理學乃至現(xiàn)代科學中非常重要的前沿學科領域,不僅有重大的科學意義,而且在國家戰(zhàn)略高技術與交叉學科領域中也有重要的推動作用。實驗室主要從事激光物理,特別是強場激光物理及相關新前沿新方向的開拓研究,包括:新一代超強超短激光源物理與技術;強場超快極端條件激光物理的實驗與理論;超強超短激光與物質的相互作用;量子相干操控原子與電子、強場高能量密度物理等新前沿新方向開拓;基于強場超快條件的超短波長相干輻射、激光核聚變等戰(zhàn)略高技術的科學基礎;相關探測新技術新方法及在材料、生命和信息科學中的交叉應用基礎等研究。

  強場激光物理國家重點實驗室在以下研究方面取得系列重大進展:在超強超短激光的持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展方面取得突破性進展,發(fā)明寄生振蕩抑制等多項技術,研制成功世界最高峰值功率的飛秒拍瓦級超強超快鈦寶石激光系統(tǒng),被“NaturePhotonics”雜志專欄報道。利用該裝置在臺式化激光核聚變等研究中取得國際領先水平重大實驗成果;強場超快物理研究取得有重要國際影響的系統(tǒng)性原創(chuàng)成果,如周期量級超快強場極端條件的創(chuàng)立與時空新特性的發(fā)現(xiàn)、周期與亞周期時間尺度量子相干控制及阿秒相干輻射新機制的發(fā)現(xiàn)等,為國際極端非線性光學等新領域的開拓與發(fā)展作出中國學者的重要貢獻;此外,還在可調諧中紅外新波段強場相互作用新物理、新效應前沿研究領域的開拓探索中取得重要原創(chuàng)性發(fā)現(xiàn),并提出了相對論性超強激光場中高能電子與質子加速的新方案與新機制等。在包括國際頂尖物理學期刊PhysicalReviewLetters等雜志上發(fā)表了一批高質量的論文,已得到廣泛引用與高度評價,產生重要國際學術影響,并獲得一批發(fā)明專利。

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