世界最強(qiáng)光從浦東發(fā)出：上海超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置的追光之旅

　　“成功來自努力、智慧創(chuàng)造奇跡、激光在我手上、家國在我心中”，位于浦東張江的上海超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置大廳內(nèi)，四列紅色大字赫然在目，緊挨著目前全球最高激光峰值功率紀(jì)錄的保持者——世界首臺(tái)10拍瓦超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置（SULF）。

　　超強(qiáng)超短激光被認(rèn)為是人類已知的最亮光源，能在實(shí)驗(yàn)室里創(chuàng)造出之前只有在核爆中心、恒星內(nèi)部、黑洞邊緣才能找到的極端物理?xiàng)l件。10拍瓦（即1億億瓦）激光系統(tǒng)為人們提供了前所未有的超高能量密度、超強(qiáng)電磁場和超快時(shí)間尺度等綜合性極端物理?xiàng)l件。但這不是終點(diǎn)，距此不遠(yuǎn)處，比它還強(qiáng)十倍的100拍瓦激光裝置正在建設(shè)中。

　　包括超強(qiáng)超短激光裝置在內(nèi)，全球規(guī)模最大、種類最全、綜合能力最強(qiáng)的光子大科學(xué)設(shè)施群在張江逐漸成形，探索開辟科學(xué)最前沿。“在科學(xué)性能上，超強(qiáng)超短激光裝置與上海光源、軟X射線自由電子裝置和蛋白質(zhì)大科學(xué)裝置等能夠相互補(bǔ)充。也就是說，在浦東小小幾平方公里土地上，集中了一系列世界領(lǐng)先水平的大科學(xué)裝置，特別是光子大科學(xué)裝置。它們有不同的性能和特點(diǎn)，能夠?yàn)榭茖W(xué)家提供不同需求的綜合性物理實(shí)驗(yàn)條件?！敝袊茖W(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所副所長冷雨欣在近日采訪中對(duì)澎湃新聞?wù)f道，立足于浦東張江地區(qū)的光子大科學(xué)設(shè)施群，結(jié)合不同裝置的優(yōu)勢特色，中國科研團(tuán)隊(duì)有望在基礎(chǔ)物理、物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、國防安全及工業(yè)相關(guān)領(lǐng)域取得創(chuàng)新性成果。

        2018年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國科學(xué)家阿瑟·阿什金、法國科學(xué)家熱拉爾·穆魯以及加拿大科學(xué)家唐娜·斯特里克蘭，以表彰他們在激光物理學(xué)領(lǐng)域的突破性貢獻(xiàn)。其中，斯特里克蘭及其導(dǎo)師穆魯開創(chuàng)的啁啾脈沖放大技術(shù)，已普遍被應(yīng)用于超強(qiáng)超短脈沖激光系統(tǒng)中。國際上，歐盟、英、法、俄、美、德等均提出各自的超強(qiáng)超短激光裝置計(jì)劃，是全球科技競爭重大前沿領(lǐng)域之一。

　　在古希臘神話中，太陽神阿波羅司掌光明，法國的拍瓦激光裝置被命名為“阿波羅”。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、中國科學(xué)院院士李儒新為上海超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置取了一個(gè)更富詩意的名字：羲和激光裝置。羲和是《山海經(jīng)·大荒南經(jīng)》中記載的太陽之母，誕下10個(gè)太陽，故以此命名10個(gè)拍瓦的激光裝置。

　　10拍瓦超強(qiáng)超短激光，顧名思義，第一大特點(diǎn)是超強(qiáng)，光強(qiáng)高達(dá)每平方厘米10的22次方瓦。脈沖壓縮后寬度達(dá)到飛秒量級(jí)，相當(dāng)于將10個(gè)太陽輻射到地球的總功率匯聚到一根頭發(fā)絲這樣的尺度。

　　這種瞬間爆發(fā)力能起到什么作用呢？它為推進(jìn)多領(lǐng)域應(yīng)用科學(xué)及理論研究的發(fā)展創(chuàng)造了新的條件，可用于制造臺(tái)式化電子加速器和產(chǎn)生超快X射線源，對(duì)蛋白質(zhì)原子運(yùn)動(dòng)探測成像，研制激光質(zhì)子刀以治療癌癥、以及產(chǎn)生反物質(zhì)、研究天體物理和宇宙起源，將來還可能用于真空結(jié)構(gòu)和暗物質(zhì)探測等。

　　據(jù)介紹，羲和激光裝置的項(xiàng)目法人單位為中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所，共建單位為上?？萍即髮W(xué)，于2020年12月28日通過項(xiàng)目驗(yàn)收。項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容主要包括：一臺(tái)10拍瓦（1拍瓦=1千萬億瓦）超強(qiáng)超短激光系統(tǒng)，同時(shí)具備高重復(fù)頻率的1拍瓦級(jí)激光輸出束線；極端條件材料科學(xué)研究平臺(tái)、超快亞原子物理研究平臺(tái)、超快化學(xué)與大分子動(dòng)力學(xué)研究平臺(tái)等3個(gè)用戶實(shí)驗(yàn)終端；科研輔助設(shè)施和數(shù)據(jù)中心；一幢裝置實(shí)驗(yàn)大樓。裝置定位面向國內(nèi)外高校、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)開放，并提供先進(jìn)的物質(zhì)科學(xué)與生命科學(xué)研究手段。

　　冷雨欣表示，2016年，在上海市和浦東新區(qū)等的支持下，羲和激光裝置實(shí)現(xiàn)了“當(dāng)年立項(xiàng)、當(dāng)年開工”的“上海速度”。

　　項(xiàng)目建設(shè)期間，2017年10月24日，該裝置實(shí)現(xiàn)10.3拍瓦激光放大輸出，在國際上首次實(shí)現(xiàn)300焦耳以上能量水平的寬帶激光放大輸出，脈沖壓縮后寬度21飛秒。2019年12月7日，裝置獲得激光中心波長為800納米，輸出能量404焦耳，重復(fù)頻率3分鐘/發(fā)次（較設(shè)計(jì)指標(biāo)提升40倍），壓縮后脈沖寬度達(dá)24.6fs，平均峰值功率11.7拍瓦（最高峰值功率12.9拍瓦）的結(jié)果，再次打破世界紀(jì)錄。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在測試階段，已在拓?fù)鋺B(tài)貢獻(xiàn)的高次諧波產(chǎn)生研究、阿秒電子動(dòng)力學(xué)研究等方面取得重要進(jìn)展。同時(shí)，依托該項(xiàng)目，上海光機(jī)所成功研制國際最大口徑鈦寶石晶體等核心器件。

　　項(xiàng)目取得的成果，被《科學(xué)》（Science）雜志文章列舉為國際上自1960年第一臺(tái)激光器發(fā)明以來在激光脈沖功率提升方面的取得第五大里程碑式進(jìn)展；入選“十八大”以來中國科學(xué)院“20項(xiàng)標(biāo)志性重大成果”；入選中國科學(xué)院“率先行動(dòng)”計(jì)劃第一階段重大科技成果及標(biāo)志性進(jìn)展。

　　澎湃新聞了解到，2021年，上海超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置已初步開放，并供國內(nèi)相關(guān)課題組完成物理實(shí)驗(yàn)；質(zhì)子加速、電子加速等實(shí)驗(yàn)正在進(jìn)行中。

　　同時(shí)，上海光機(jī)所的科研團(tuán)隊(duì)正朝著100拍瓦激光裝置的目標(biāo)發(fā)起挑戰(zhàn)?！犊茖W(xué)》雜志對(duì)此評(píng)價(jià)稱，“這會(huì)是一個(gè)全新的物理學(xué)”“中國團(tuán)隊(duì)正切實(shí)引領(lǐng)通往100拍瓦激光的道路”。

       近日正式發(fā)布的《中共中央 國務(wù)院關(guān)于支持浦東新區(qū)高水平改革開放打造社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)引領(lǐng)區(qū)的意見》賦予浦東新區(qū)改革開放新的重大任務(wù)。自主創(chuàng)新發(fā)展的時(shí)代標(biāo)桿，是《意見》對(duì)浦東提出的戰(zhàn)略定位之一。

　　浦東新區(qū)科技和經(jīng)濟(jì)委員會(huì)主任徐欣就此接受澎湃新聞等媒體采訪時(shí)表示，當(dāng)好科技創(chuàng)新的國家隊(duì)是浦東義不容辭的使命責(zé)任。在落實(shí)引領(lǐng)區(qū)意見的過程中，浦東將進(jìn)一步夯實(shí)基礎(chǔ)研究的厚度。“目前浦東建成和在建的大科學(xué)設(shè)施總共有10個(gè)，這些大科學(xué)設(shè)施是開展基礎(chǔ)研究的重要載體平臺(tái)。浦東將依托國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施等載體，打造以國家戰(zhàn)略科技力量為主導(dǎo)的引領(lǐng)性科技創(chuàng)新組團(tuán)，前瞻布局科技創(chuàng)新方向，聚力突破核心領(lǐng)域，推動(dòng)信息技術(shù)、物質(zhì)科學(xué)、空間技術(shù)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)研究，努力產(chǎn)出一批世界級(jí)科學(xué)新發(fā)現(xiàn)?！彼f道。

　　黑洞里面究竟是什么樣的情況？宇宙線是怎么來的？最強(qiáng)的光能多強(qiáng)？反物質(zhì)都去哪兒了？瞄準(zhǔn)一系列前瞻性、關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置將給出更多答案。

　　冷雨欣認(rèn)為，引領(lǐng)區(qū)意見對(duì)于開展前沿科研而言幫助很大：首先是科研體制機(jī)制上有望帶來新的突破，有助于國際優(yōu)秀人才的引進(jìn)和落地。同時(shí)，也有助于打破行政壁壘，使得科研人員能夠更加便利地在浦東第一線開展前沿科研活動(dòng)。在前沿研究方面，上海超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置將進(jìn)一步融入浦東大科學(xué)集群中，適時(shí)向全球科學(xué)界、企業(yè)界開放。

　　他表示，希望基于上海超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置等大科學(xué)裝置，吸引外國科學(xué)家來中國開展前沿實(shí)驗(yàn)工作，推動(dòng)大科學(xué)裝置和基礎(chǔ)研究學(xué)科等的發(fā)展。同時(shí)，也希望企業(yè)利用該裝置開展前沿的物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)等方面研究，帶動(dòng)企業(yè)科研發(fā)展?！拔覀円矡崆衅诖髽I(yè)從各個(gè)角度，特別是國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場的角度提出需求，牽引大科學(xué)裝置和基礎(chǔ)研究學(xué)科的創(chuàng)新發(fā)展，從而切實(shí)為國家重大需求和國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場提供中國解決方案?！保ㄓ浾撸簵钛?/p>

　　轉(zhuǎn)自：澎湃新聞

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