强啁啾超短激光脉冲实现粒子布居的调控

采用光与物质相互作用的半经典理论方案,建立了含啁啾相位项的修正光学Bloch方程,并采用高精度的、快速和可靠的、修正的四阶龙格-库塔法数值求解了该方程。通过数值计算,研究了强啁啾超短激光脉冲与二能级体系的相互作用。研究结果表明,啁啾量、入射脉冲面积、脉冲宽度、失谐量都对粒子布居产生明显的调制作用,论文还研究了激光脉冲各参数对粒子布居的调控规律,由此可以通过调节强啁啾超短激光脉冲的各参数来实现对粒子布居的调控。

超强固体激光及其在前沿学科中的应用(1)

20世纪80年代中期发展起来的啁啾脉冲放大（CPA）技术与先进的高功率激光技术及优良的激光增益介质相结合把激光峰值输出功率提高了几个数量级，出现了输出拍瓦级（10^15W）皮秒（10^-12s）和飞秒（10^-15s）脉冲的固体激光装置，聚焦峰值功率密度达到10^20～10^22W／cm^2。激光与物质相互作用的物理过程中，激光功率密度起主导作用，不同光强对应不同的物理学领域。如此高的激光功率密度能够在实验室中产生前所未有的极端物态条件，即超强电场、超强磁场和超高压强等，从而开创了崭新的强场物理领域，推动了相关学科的交叉融合，形成了多个前沿研究方向，如粒子加速、强辐射源、先进光源、阿秒物理、快点火聚变、超热物质、激光核物理、超快过程诊断、激光天体物理、非线性量子电动力学（QED）等，在材料科学、生命科学和医学等领域中也极具应用价值。

雷达启发的强激光啁啾脉冲技术——军事需求催生基础研究的一个典型案例

基础研究前沿领域大多来自人们对自然规律的自由探索,然而国家需求、特别是战时的特殊需求往往也会导致基础研究特色新生的领域,其中的科学思想和技术方法更容易催生颠覆性科技创新。2018年诺贝尔物理学奖颁发给了雷达启发的"啁啾脉冲技术"正是这方面的典型案例。雷达是"二战"时期最重要的军事需求之一。一方面,雷达发射源的新技术探索,导致从微波激射器到激光一系列的原创性的基础研究和技术突破,如原子的激光冷却技术;基于激光的光纤通信技术更是改变了现代人类的生活方式。另一方面,雷达系统的啁啾脉冲技术被应用于光学领域,突破了产生强激光的技术瓶颈;而强激光的出现又催生了一些全新的基础研究领域,如惯性约束核聚变。文章将通过从雷达到激光及啁啾脉冲技术历史发展中的关键技术介绍,展示战略需求对基础研究诞生的牵引性作用。