超级厉害但很安全

　　超强超短激光有多厉害？这是已知的最高光强光源，为人类提供了前所未有的极端物理条件与全新实验手段。从字面解释，“超强”形容激光功率之大，1拍瓦等于1千万亿瓦，相当于全球电网平均功率的500倍；而“超短”则是时间尺度的概念，已短到数十飞秒级别，1飞秒等于1秒的一千万亿分之一。

　　用“此光只应宇宙有，地球能得几回见”来形容超强超短激光大概并不为过。把地球接收到的太阳总辐射能量聚焦到头发丝粗细的尺度，才能达到1拍瓦的激光脉冲聚焦后的强度。具有如此威力的激光，在台式化加速器、超快化学、阿秒科学、材料科学、激光聚变、核物理与核医学、高能物理等诸多领域皆有重大应用价值。比如，超强超短激光可用于研制台式化电子加速器和超快X射线源，用于揭示生命的奥秘；可用于研制基于小型化激光质子加速器的激光质子刀，用于癌症的治疗；超强超短激光还有一项著名的本领——可用于产生反物质，研究天体物理和宇宙起源，将来还可用于真空结构和暗物质的探测。

　　超强超短激光虽然“能力超群”，但是市民不必为其安全性而操心。功率与能量的关系，就好比压强和压力的关系。超强超短激光的“爆发力”很强，能在极短瞬间里产生极大功率，但这一瞬毕竟稍纵即逝，不会持续。中科院上海光机所所长李儒新打比方说：“2千瓦的微波炉工作1秒钟，产生2000焦耳能量。而SULF的激光放大输出，仅仅200焦耳左右的能量水平。这点能量很小很安全。”

　　邻居都是世界“高手”

　　超强超短激光可谓全球必争之科研竞赛阵地。已有多个国家投入巨资开展10拍瓦级大型超强超短激光装置的研制。如欧盟支持的Extreme Light Infrastructure （ELI）项目计划于2018年建成多台10拍瓦激光装置，法国和英国也正在研制各自的10拍瓦激光装置，美、俄、日等则提出了百拍瓦级超强超短激光装置的研究设想。在国家发改委和上海市的共同支持下，以10拍瓦激光装置为核心的上海超强超短激光实验装置（SULF）的研制，已被纳入上海建设具有全球影响力的科创中心的首批重大项目，并与同处张江的上海光源、蛋白质上海设施等共同形成世界级大科学装置集群。

　　探访光的精密“迷宫”

　　穿上白大褂式的防静电服，戴上头套和鞋套，经过风淋房，记者走入SULF，看到了各种钛宝石晶体、反光镜、真空管、压缩器组成的“迷宫”——实验时，所有的摆放位置都需经过精密测试。原来，就是在这两间相连的前后端实验室里，为了实现激光的超强超短，科学家们巧妙设计实验装置，让激光按指定路线穿梭，首先在时间尺度上被“拉宽”，然后在能量水平上叠加放大，最后在时间尺度上被“压扁”。在这场光的“时空魔术”中，中国上海的SULF项目研究团队在多项关键技术上实现了自主创新。

　　目前，SULF主放大器输出的激光脉冲，压缩后峰值功率最高可达5.3拍瓦，这是目前已知的国际最高激光脉冲峰值功率。预计至2018年底，将在国际上率先建成激光峰值功率达到10拍瓦的超强超短激光实验装置SULF，首批建成3个用户实验终端，服务于物质科学与生命科学的研究：极端条件材料科学研究平台，在航空、航天、船舶、高铁、能源、新材料等领域有重要应用；超快亚原子物理研究平台，在天体物理和未来能源研究方面具有重要应用需求；超快化学与大分子动力学研究平台，则可用于有机大分子的结构测定等基础研究，还可模拟人工影响天气中的大尺度超快物理化学过程。