超強超短雷射，是峰值功率大於10W、脈衝寬度小於10s的雷射。雷射在時間尺度超級濃縮，在空間啟動就會聚焦到非常小的一個焦斑，所以它的強度才如此之高。
已知自然界中的最高光強是宇宙γ射線暴的強度，約為10W/cm量級，而經聚焦得到的超強超短雷射的最高光強為10 W/cm量級，相當於將地球接收到的太陽總輻射聚焦到頭髮絲粗細尺度的強度。超強超短雷射被認為是當前已知的最高光強光源。
基本介紹
- 中文名：超強超短雷射
- 5拍瓦級突破時間：2016年8月
- 10拍瓦級突破時間：2017年10月
- 所屬垂類：物理學
國際發展狀況,國內發展狀況,發展前景,
國際發展狀況
超強超短雷射是雷射科學技術領域的重要前沿，是國際競爭的重點領域，國際上正在大力發展超強超短雷射技術以及依託該技術建立科技前沿平台。
國際上最具有代表性的是，2006年歐盟十多個國家的近40個科研機構和研究所聯合提出ELI（Extreme Light Infrastructure）計畫，已陸續建成多個10 PW超強超短雷射裝置，目標是發展200 PW級超強超短雷射裝置，開創雷射與物質相互作用研究與套用的新時代，該計畫已被納入歐盟未來大科學裝置發展路線。
除了歐盟的ELI計畫外，法國、英國、美國、德國、俄羅斯等國紛紛各自開展PW,10 PW乃至102 PW級的超強超短雷射裝置研究計畫，如俄羅斯180 PW的極端光學研究設施艾瓦中心（Exawatt Center for Extreme Lig ht St ud ies,XCELS）、美國75 PW的光參量放大束線計畫（optical parametric amplifier line,OPAL）等。
國內發展狀況
對於這一前沿科技，中國不甘於人後，開展拍瓦級超強超短雷射研究的主要機構有中國科學院上海光學精密機械研究所（下稱上海光機所）、中國工程物理研究院、北京大學、上海交通大學和中國科學院物理研究所等。
上海光機所強場雷射物理國家重點實驗室在超強超短雷射與強場雷射物理領域持續深入研究多年，取得了一系列重要成果。
2007年，成功研製出當時世界功率最高（0.89 PW）且脈寬最短（29.0 fs）的飛秒拍瓦級CPA雷射系統。
2013年，又進一步發明了級聯脈衝淨化、精密時空操控、寄生振盪抑制等新技術，研製出輸出功率2.0 PW的雷射放大系統，是當時世界上輸出峰值功率最高的系統，且輸出雷射脈衝達到了超高時間對比度（10）。
2014年年底，通過最佳化注入等方法，進一步發展出抑制寄生振盪的新方法，利用直徑150 mm的鈦寶石晶體，實現了192.3 J的放大能量輸出，輸出當時國際上能量最高的800 nm寬頻脈衝雷射。
2016年，承擔了國家和上海市發改委共同投資的國家重大科技基礎設施項目“上海超強超短雷射實驗裝置”（SULF）的建設。於2016年8月取得重大突破，成功實現了峰值功率5.3拍瓦、脈衝寬度24飛秒的雷射脈衝輸出，是當前國際最高雷射脈衝峰值功率，並為實現10拍瓦雷射脈衝輸出奠定了堅實的技術基礎。
2017年10月，解決了高性能雷射抽運源、寬頻脈衝增益放大、大口徑鈦寶石研製和增益窄化抑制等關鍵科學技術問題，SULF裝置的研製工作再創新高，成功輸出了功率高達10 PW的雷射脈衝，在國際同領域內達到領先水平。研究人員在國際上首次實現了300 J以上能量的雷射放大輸出，輸出脈衝半高全寬達70 nm，輸出的雷射脈衝寬度經壓縮後達21 fs，其中壓縮器效率為6 4%。
發展前景
超強超短雷射的發展不僅推動一系列基礎學科及前沿交叉學科的研究，如強場物理、原子分子物理、材料科學、核物理、化學與生命科學等，也將促進相關領域新技術變革及新產業的誕生，如為高亮度超短波長新光源、超高梯度高能粒子加速器等提供理論依據，超強超短雷射的突破將會使我國在世界上占有一席之地，這將會是難得的機遇，同時也是巨大的挑戰。
