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中國將用激光“撕裂”真空

星之球科技 來源:GermanReport2021-07-14 我要評論(0 )   

近日中國上海的一支研究團隊宣布,他們在激光技術領域取得了突破。這個由中國科學院上海光學精密機械研究所負責的名為“超強激光站(SEL)”的項目,已經奠定了到2023年...

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近日中國上海的一支研究團隊宣布,他們在激光技術領域取得了突破。這個由中國科學院上海光學精密機械研究所負責的名為“超強激光站(SEL)”的項目,已經奠定了到2023年用高功率激光器輸出100拍瓦功率的基礎(1拍瓦等于1000兆瓦)。這種脈沖將比全球電網的發電總和強10000倍,相當于10個太陽到地球的輻射功率匯聚在1根頭發絲上。目前該激光器輸出的最大功率是10拍瓦,但是是通過多條光束實現的。


這種量級的能量輸入很容易損壞激光器的光學部件,比如晶體、透鏡和反射鏡。為了解決這個問題,科學家們會將輸入光束先進行色散,使不同顏色光束各自的功率降低到硬件可以承受的程度。不過到最后,這些光束必須再次被壓縮成單一光束,而這種壓縮多年以來一直是歐洲、俄羅斯和美國研究人員在努力攻克的主要障礙。


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■圖源:163.com


參與SEL項目的科學家劉軍(音譯)解釋稱:“當輸入這個量級的能量時,壓縮機會立即燃燒起來。”在今年5月于《光學快訊》(Optics Express)雜志上發表的19頁論文中,該團隊提出了一種新的高功率激光器設計方案,建議將壓縮過程步驟分解,從而將能源強度降低到對壓縮機而言安全的水平。


該研究項目耗資約1億美元,最初計劃使用4束激光束實現所需的輸出功率。然而有了新技術后,1束光束就足夠了。劉軍表示:“光束越少,設備就越簡單。設備越簡單,制造和操作就越容易。”這將顯著提高激光脈沖的質量和穩定性,該設備應將在2023年至2025年之間投入運行。


SEL項目于2018年成立,旨在為深入探索尚未完全破譯的物理現象提供可能性,比如時空的本質。據說SEL激光器的威力足以直接從太空真空中催生出物質和反物質,人們可以由此在地球上的實驗室中了解宇宙誕生的過程。


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■圖源:lmtr.weebly.com


真空從來都不是真的“空”:它充滿了成對的電子和正電子,亦即物質和反物質的粒子。然而它們一旦碰撞,就會相互湮滅。但根據研究人員的報告,激光可以干預這一過程,在物質和反物質粒子碰撞之前將它們分開,從而使粒子和反粒子“憑空出現”,這種現象被稱為“打破真空”。這將會成為令人印象深刻的、物質和能量可以互相轉換的證據,正如愛因斯坦著名的E = mc2方程所闡釋的那樣。


除了探索新知識之外,激光還可以投入實際應用,例如在核聚變能領域。核武器的存在已經證明物質可以被轉化為大量的熱和光,但反過來,將熱和光轉化為物質要困難得多。如果這方面能取得成功,一個新的物理學分支,即所謂的“核光子學”,可能會在極短時間內從起步階段發展起來。


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■圖源:lmtr.weebly.com


中國科學家們也在激光技術的其他領域取得了根本性的進展。今年3月,中科大的一組研究人員宣布,他們已經開發出一種激光技術,可用于識別1公里以外的隱藏物體。在這一被稱為“非視距成像(NLOS)”的過程中,激光從周圍物體散射到隱藏物體上,隨后可通過數據和算法重建該物體的3D模型。這使得檢測視野外、角落或障礙物后面的物體成為可能。


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中國科學家團隊能夠在上海的一所大學校園里隔著1.43公里辨認出一個隱藏的人體模型。在此以前,非視距成像的成功距離只是米級,因為光在長距離傳播時受到的環境雜散光和空氣顆粒物影響更大,這反過來又會給傳感器帶來混淆。現在,這些研究人員的裝置還能夠區分相距僅9.4厘米的不同物體,或者使用兩個額外的傳感器實時檢測移動的隱藏物體。


研究人員之一吳成(音譯)接受中國《南華早報》采訪時表示,非視距成像可以幫助自動駕駛汽車識別建筑物后面的車輛和行人。該技術還可用于警察工作,例如在曲折的住宅區中定位人質。

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