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泽林专栏| “中国将用激光撕裂真空”

作者: 来源:发布日期:2021-07-13

 

中国在激光技术领域取得了世界领先程度的进步。以“超强激光站(SEL)”、“非视距成像 (NLOS)”为代表的一系列新成果,将帮助人类得到对物质结构的新认识,并在工业和技术领域获得大量应用机会。欧洲时报德文网近日刊发德国知名驻京评论员、德国多家主流媒体驻京记者泽林(Frank Sieren)相关话题讨论专稿,全文现编译如下:

 

  

  中国上海的一支研究团队宣布,他们在激光技术领域取得了突破:这个由中国科学院上海光学精密机械研究所负责的名为“超强激光站(SEL)”的项目,已经奠定了到2023年用高功率激光器输出100拍瓦功率的基础(1拍瓦等于1000兆瓦)。这种脉冲将比全球电网的发电总和强10000倍,相当于10个太阳到地球的辐射功率汇聚在1根头发丝上。目前该激光器输出的最大功率是10拍瓦,但是是通过多条光束实现的。

  这种量级的能量输入很容易损坏激光器的光学部件,比如晶体、透镜和反射镜。为了解决这个问题,科学家们会将输入光束先进行色散,使不同颜色光束各自的功率降低到硬件可以承受的程度。不过到最后,这些光束必须再次被压缩成单一光束,而这种压缩多年以来一直是欧洲、俄罗斯和美国研究人员在努力攻克的主要障碍。

  

  ▲图源:163.com

  参与SEL项目的科学家刘军(音译)解释称:“当输入这个量级的能量时,压缩机会立即燃烧起来。”在今年5月于《光学快讯》(Optics Express)杂志上发表的19页论文中,该团队提出了一种新的高功率激光器设计方案,建议将压缩过程步骤分解,从而将能源强度降低到对压缩机而言安全的水平。

  该研究项目耗资约1亿美元,最初计划使用4束激光束实现所需的输出功率。然而有了新技术后,1束光束就足够了。刘军表示:“光束越少,设备就越简单。设备越简单,制造和操作就越容易。”这将显著提高激光脉冲的质量和稳定性,该设备应将在2023年至2025年之间投入运行。

  SEL项目于2018年成立,旨在为深入探索尚未完全破译的物理现象提供可能性,比如时空的本质。据说SEL激光器的威力足以直接从太空真空中催生出物质和反物质,人们可以由此在地球上的实验室中了解宇宙诞生的过程。

  

  ▲图源:lmtr.weebly.com

  真空从来都不是真的“空”:它充满了成对的电子和正电子,亦即物质和反物质的粒子。然而它们一旦碰撞,就会相互湮灭。但根据研究人员的报告,激光可以干预这一过程,在物质和反物质粒子碰撞之前将它们分开,从而使粒子和反粒子“凭空出现”,这种现象被称为“打破真空”。这将会成为令人印象深刻的、物质和能量可以互相转换的证据,正如爱因斯坦著名的E = mc^2方程所阐释的那样。

  除了探索新知识之外,激光还可以投入实际应用,例如在核聚变能领域。核武器的存在已经证明物质可以被转化为大量的热和光,但反过来,将热和光转化为物质要困难得多。如果这方面能取得成功,一个新的物理学分支,即所谓的“核光子学”,可能会在极短时间内从起步阶段发展起来。

  

  ▲图源:lmtr.weebly.com

  中国科学家们也在激光技术的其他领域取得了根本性的进展。今年3月,中科大的一组研究人员宣布,他们已经开发出一种激光技术,可用于识别1公里以外的隐藏物体。在这一被称为“非视距成像(NLOS)”的过程中,激光从周围物体散射到隐藏物体上,随后可通过数据和算法重建该物体的3D模型。这使得检测视野外、角落或障碍物后面的物体成为可能。

  

  中国科学家团队能够在上海的一所大学校园里隔着1.43 公里辨认出一个隐藏的人体模型。在此以前,非视距成像的成功距离只是米级,因为光在长距离传播时受到的环境杂散光和空气颗粒物影响更大,这反过来又会给传感器带来混淆。现在,这些研究人员的装置还能够区分相距仅 9.4 厘米的不同物体,或者使用两个额外的传感器实时检测移动的隐藏物体。

  研究人员之一吴成(音译)接受中国《南华早报》采访时表示,非视距成像可以帮助自动驾驶汽车识别建筑物后面的车辆和行人。该技术还可用于警察工作,例如在曲折的住宅区中定位人质。