[轉貼] 雷射光束﹕越小越有力

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美國密西根大學超快光學中心的科學家們﹐利用該中心的高能雷射系統(HERCULES (註): High Energy Repetitive CUos LasEr System)﹐製造出功率密度達8.5x1021 watts/cm2的雷射光束﹐宣稱是至今最高的記錄。

HERCULES雷射是該中心的科學家們自製的一套鈦: 藍寶石雷射系統, 透過chirped pulse amplification (CPA) 的技術﹐可以產生達45 terawatts (1 tera = 1012)的超短脈衝(在為時27 femtosecond的脈衝裡包含了1.2焦耳的能量)。他們是運用調適光學(adaptive optics) 的原理﹐將HERCULES射出的脈衝則先是經由一可變形的鏡子反射﹐來解決波前扭曲的問題﹐再將其通過一拋物面鏡進行聚焦中﹐以達成將雷射脈衝聚焦到最小尺寸的目的。藉著改變反射鏡的形狀﹐可以用來修正雷射光束中所有的扭曲﹐以使聚焦達到最佳化。而密西根大學的研究小組﹐利用這樣的技術﹐可以使所聚焦的雷射光達到6.6-8.5x1021 watts/cm2的功率密度。

根據研究小組在今年五月份在舊金山所舉行的的CLEO會議所發表的聲明﹐他們認為最終限制聚焦功率以及其空間的解像度的因素﹐就在於雷射光波前的變動。而他們所使用的雷射光源-HERCULES ﹐比較上來說十分地穩定: 其相鄰脈衝之間的波前﹐與平均波形的差別(rms ﹐根均方值)僅有1/20。

此外值得一提的是﹐在這項實驗中所運用的CPA技術﹐乃是由該中心的主任Gerard Mourou在1980年代末期所發明的。這項技術的特點在於將一個超短脈衝在域上延長成數奈秒長進行放大﹐然後再將其壓縮回原來的大小以得到功率密度增加的超短脈衝。

由於許多需要在高電磁場中進行的實驗(如粒子加速﹑短脈衝x-ray ﹑fast ignition fusion等)﹐都仰賴於高功率密度的(雷射)光源﹐這項實驗的成就﹐可望為從事相關領域的研究人員﹐提供一項有利的工具。

<註>"Hercules"是希臘神話中著名的大力士﹐用來為一高能雷射系統命名﹐可謂名符其實。