高能激光放大器
北京时间2月21日消息，据国外媒体报道，美国的科学家近日称，他们最近在实验室成功地制造出迄今为止强度最高的激光束，该激光束每平方厘米的流量为10亿兆瓦特，功率为300万亿瓦，是美国全国电网发电量的约300倍，其强度相当于将地球接受到的全部太阳光集中照射在一粒沙子上。
美国密歇根州立大学物理学和工程学教授卡尔克鲁舍尼克说：“这是我们能发出的瞬间强度，我们相信宇宙间再没有比这强度更高的光了，这个激光束绝对创下了强度最高的记录。”这个脉冲激光束可持续30千万亿分之一秒，这种高强度将有助于科学家们研发更好的质子和电子光束，以进行癌症的辐射治疗。这个创记录的激光束流量为每平方厘米10亿兆瓦特，功率为300万亿瓦，这是整个美国电网发电量的300倍，当它的能量全部集中在直径为人发丝直径百分之一的1.3微米斑点上就产生了如此巨大的强度。
研究人员维克多-雅诺弗斯基是麻省理工学院电机工程与计算机科学系的一名科学家，在过去的六年中一直致力于建造超高能系统，他表示，这个强度为迄今为止全球所能产生的最大数量级强度。这个激光能以每10秒的频率发出这种高强度光束，相比之下，其它功率的激光都需要1小时来进行再充电。为了获得这种激光束，研究小组为原本以50太瓦的功率运行的高能激光系统增配了一个放大器。高能激光系统是一种钛-刚玉激光，占据了麻省理工学院超速光学科学中心数个房间，它使用的是啁啾脉冲放大技术。输入高能激光系统的光像一个乒乓球一样从一连串镜子和其它光学元件中弹跳而出，且一路上被延长、加电压、压挤和聚焦。
这一脉冲放大技术是美国麻省理工学院工程学名誉教授杰勒德-莫洛在上世纪80年代研发的，它依靠衍射光栅将持续时间较短的激光脉冲延长，使其的持续时间能延长5万倍。于是，这种被延长的脉冲光会在不影响其通道上的光学装置的前提下被放大，从而具有更高的能量。当光束在通过钛-刚玉晶体后被放大到具备高能时，一个光学压缩机会反转延长和压挤这个激光脉冲，直到其近乎恢复原来的时间长。然后，这个激光束就被聚焦成为了超高强度的光束。除医学应用外，类似这种高强度激光束可以帮助研究人员开辟科学的新前沿。在具备极高强度时，激光束将有可能“使真空沸腾”，在理论上科学家们认为，如此便可以仅通过向真空区中聚焦光就可以实现物质的产生。一些科学家们还认为可以将其应用于惯性约束聚变研究，即使小质量原子结合形成大质量原子并释放能量。
维克多-雅诺弗斯基说，“如果想获得越来越强烈的激光，也就是说产生越来越多的光子，就必须要使受激辐射产生的光子多于受激吸收所吸收的光子。怎样才能做到这一点呢？我们知道，光子对于高低能级的光子是一视同仁的。在光子作用下，高能级原子产生受激辐射的机会和低能级的原子产生受激吸收的机会是相同的。这样，是否能得到光的放大就取决于高、低能级的原子数量之比。若位于高能级的原子远远多于位于低能级的原子，我们就得到被高度放大的光。但是，在通常热平衡的原子体系中，原子数目按能级的分布服从玻尔兹曼分布率。因此，位于高能级的原子数总是少于低能级的原子数。在这种情况下，为了得到光的放大，必须到非热平衡的体系中去寻找。”
激光是20世纪继原子能、计算机和半导体之后，人类的又一重大发明。它的原理早在1916 年已被著名的物理学家爱因斯坦发现，但要直到 1958 年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践 迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。