高能量亚纳秒激光器

激光功率和能量计主要用来测量光源的输出。无论光发射是来源于弱光源（如荧光），还是来源于高能量的脉冲激光器，功率和能量计都是实验室、生产部门或是工作现场等多种应用环境中必不可少的工具。 虽然功率计和能量计是分别提供的，但随着能够适用大量不同类型的光学传感器的通用型仪表盘或显示装置的发展，它们也被合起来称作单独的一类仪器——功率和能量计，或PEM。仪器所采用的光学传感器的类型，决定了其能测量光功率还是光能量，通常单位分别瓦特（W）或焦耳（J）。具体来讲，功率计能够测量连续波（CW）或者重复脉冲光源，其所使用的传感器通常是热电堆或光电二极管。能量计则通常用于测量脉冲激光，即单脉冲或者重复脉冲光源，其所使用的传感器包括热释电、热电堆，或者带有专门为测量脉冲光源而设计的电路的光电二极管。

量子场论被认为是描述最本质物理规律的学科之一。利用最基本的关系式，狄拉克方程，所提出的多种预测已经被证实，并得到具有重大意义的结果。到目前为止，关于最具挑战性且有重大价值的一项预测的真实性验证还仍然在探索中：光是否能够直接转化成物质，即强场下真空中是否能够激发出正负粒子对。1951年诺贝尔奖得主Julian Schwinger给出了电子对在均匀稳恒电场中产生率的表达式，这项先驱性的工作引起了人们对这项对物理基础学科发展和应用极富挑战性的重大科学课题的注意，并激发人们开始投入大量精力来挑战这个未解的难题。超快超强激光技术的快速发展正在为开展这项研究提供前所未有的实验条件，使其逐渐成为物理学的一个新的前沿热点。迄今为止，人们在实验上已经得到一些有意义的结果，重离子对撞实验以及美国斯坦福线型加速器上进行的46.6GeV电子束和强激光碰撞实验，已经证实了正负电子对的产生。但是到目前为止，由强光场直接引起的真空击穿和相应的正负电子对产生过程的实验还未能实现，主要原因是目前激光系统的最大强度虽然已经高达2×1022W/cm2，但仍不足以直接“击穿“真空。为了获得更高功率的激光系统，跨国研究中心也正在建设中。我们能够预期，在不久的将来，激光就可接近甚至达到“击穿”真空并自发产生正负电子对的强度，在避免其它效应的情况下对超临界场产生正负粒子对的过程进行直接检验。如果能够实现，将是人类首次证实光可以直接转化成为物质，即爱因斯坦的能质公式E=mc2, 这对于物理学的发展和所带来影响是不可估量的。　对于这一重要问题，理论和数值方面已经得到了非常有意义的结果，但大部分工作都只考虑了电场而并没有考虑磁场效应。最近中科院物理所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）光物理实验室强激光高能量密度物理组与美国伊利诺斯州立大学、中国矿业大学和上海交通大学的合作者一起，首次研究了磁场效应对局域超临界电场下正负电子对产生过程的影响。通过运用基于量子场论的非微扰的精确数值模拟，发现在超临界的电场中即使考虑强度非常小的磁场，只要其空间宽度足够宽，仍然可以关闭正负电子对产生通道，使系统变为次临界，并且伴随产生粒子数在时间上的震荡效应(见图1)。一直被公认的Schwinger公式和Hund公式都无法对这种效应做出描述。通过计算系统总哈密顿量的能量本征值得出，磁场变宽的同时正负能态的上下限随之相互远移，当磁场宽度达到粒子在磁场中的回旋半径的时候系统就变为次临界(见图2)，并且出现离散的朗道能级引发粒子数在时间上的震荡效应。上述研究结果发表在近期的物理评论快报上：http://prl.aps.org/abstract/PRL/v109/i25/e253202。该工作得到了国家基金委、科技部、科学院和美国国家基金委的资助。http://www.iop.cas.cn/xwzx/kydt/201212/W020121231638765715614.png 图1. 不同磁场宽度下正负电子对的产生数随时间的变化关系。其中WB=1.25/c约为电子在磁场中的回旋半径：磁场宽度小于回旋半径时，粒子数持续产生，系统为超临界；磁场宽度大于回旋半径时，系统变为次临界。http://www.iop.cas.cn/xwzx/kydt/201212/W020121231638765722390.gif 图2. 根据总哈密顿量得到的能级分布随磁场宽度WB变化关系。宽度小于回旋半径时，正负能态交叠，能够持续产生电子对；宽度大于回旋半径时，正负能态分离并出现离散的朗道能级。

http://i1.sinaimg.cn/IT/2011/0222/U5385P2DT20110222082412.jpg传统激光器利用增益媒介产生连续光束。http://i3.sinaimg.cn/IT/2011/0222/U5385P2DT20110222082423.jpg反激光器将被证实在电脑计算方面的应用会比在武器防御方面更有用。　　北京时间2月22日消息，美国物理学家研制成世界首个反激光器，它可完全抵消激光器发出的光束。这种装置由美国耶鲁大学科研组制成，它能完全吸收入射激光束。　　不过研究人员表示，该装置并不是用来防御高能激光武器的。他们认为，可以把这种反激光器应用到下一代超级电脑上，这种电脑利用光而非电子等成分制造。耶鲁大学的道格拉斯·斯通教授和他的同事最初是为了提出一项理论，用来解释哪种材料可以当作激光器的基本组成要素。　　斯通解释说，当前在激光器设计方面取得的新进展，导致大量与众不同的装置产生，它们无法通过传统激光器概念进行解释。他说：“因此我们正在设想一种新理论，以便预测什么材料能够制成激光器。”通过该理论还能预测到，他们制造的反激光器不像激光器那样可以增强光，它可能会吸收入射光束。现在他们已经成功制造了一个这种装置。　　他们的装置将两束特殊频率的激光束集中到一个经过特殊设计的、用硅制成的光共振腔里，硅晶片用来捕捉入射光，束缚住它们，直到它们的能量消耗完为止。他们在《科学》杂志上的论文里说，反激光器能吸收99.4%的一种特殊波长的入射光。斯通表示，改变入射光的波长，意味着可以利用光学开关有效打开和关闭反激光器。　　斯通表示，制造可以吸收不同波长的光的装置非常简单，但是像反激光器一样只吸收一种特殊波长的光的装置，可能对光学电脑有好处。反激光器的一大优势是它是用硅制造的，这种物质已经广泛应用于电脑中。据斯通说，该技术不会太多应用于激光护目镜上。他说：“它会以热的形式驱散光。因此，如果一些人利用高能激光烘烤你，反激光器是无法阻止的。”