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  • 科幻电影中发射强大的激光看起来很容易,但现实中为啥就这么难?

    在科幻电影中发射强大的激光看起来很容易,以一束束光的形式发射毁灭性能量穿过太空。但在现实中,一旦发射了一束强大的激光,就必须小心确保它不会扩散得太散。如果你曾用手电筒对着墙,你就会观察到光扩散的例子。离墙越远,光束扩散得越多,导致光斑越大、越暗。激光的扩散通常比手电筒光束慢得多,因为光束平行度足够高,但当激光行进很远或必须保持高强度时,扩散效应是很重要的。

    科幻电影中发射强大的激光看起来很容易,但现实中为啥就这么难?

    抛去科幻场景中的激光,更现实地说,为了物理研究将电子加速到令人难以置信的速度,科学家们都会想要一个尽可能紧密和强大的光束,以最大限度地提高能量。在实验中,研究人员可以使用被称为波导的设备,比如可能在你家附近传输互联网的光纤,来传输激光,同时将它们限制在狭窄的光束中。波导独特的核心和外壳,或称包层,可以防止激光扩散。

    科幻电影中发射强大的激光看起来很容易,但现实中为啥就这么难?

    但是,如果激光脉冲太强,就会遇到一个问题:它会在千分之一纳秒内摧毁一根光纤。美国国家科学基金会资助的马里兰大学科学家,已经开发出一种改进的技术,可以制造能够承受强激光功率的波导。其技术依赖于用等离子体制造波导:等离子体是一种气体,在这种气体中,电子已经从原子核中被撕裂出来。并在发表在《物理评论快报》期刊上的研究中,展示了强大的脉冲是如何沿着波导传输的。

    科幻电影中发射强大的激光看起来很容易,但现实中为啥就这么难?

    波导是通过向氢云发射较弱的激光脉冲而产生,研究人员预测,这项技术将成为高能粒子加速实验的有力工具。美国国家科学基金会物理部项目主任Vyacheslav Lukin说:该小组开发的新非热波导方法,有可能极大地提高基于激光的粒子加速器性能。这样的发展可以在基础研究和应用研究中带来更微型和更节约成本的加速器。

    博科园|研究/来自:美国国家科学基金会

    参考期刊《物理评论快报》

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.074801

    博科园|科学、科技、科研、科普

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