
9月10日,美国ZEUS(Zettawatt Equivalent Ultrashort laser pulse System)激光装置成功发射出2拍瓦的激光脉冲,成为目前美国最强的运行激光系统。其峰值功率约为美国其他激光装置的两倍,达到全球电力总产出的百倍以上。这一高能输出仅在极短的时间内实现,激光脉冲持续时间仅为25亿亿分之一秒。
为了提升电子加速效率,研究团队对气体靶室进行了重新设计。当激光脉冲穿过氦气室时,会电离氦原子形成等离子体,电子在“尾波场加速”效应下获得极高的能量,如同冲浪者在波浪上滑行一般。
ZEUS的关键创新在于其紧凑的系统布局,整套设备仅占用一座体育馆大小的空间。激光脉冲经过四次能量增强后,被压缩为一个直径12英寸、厚度仅8微米的极薄光斑,最终聚焦到0.8微米的尺寸,实现极高的能量密度。
当前,研究团队正致力于将其输出提升至3拍瓦。升级的主要挑战在于制造直径18厘米的钛蓝宝石晶体,这种全球极为稀有的材料仅存数枚,此次制造耗时近五年。在此前从300太瓦提升至1拍瓦的过程中,曾出现光栅碳沉积问题,团队通过精确设定清洁周期确保了实验过程的安全与稳定。
今年,ZEUS将开展一项标志性的实验,即让加速后的电子束与反向传播的激光脉冲发生对撞。在电子参考系中,3拍瓦激光的能量将等效于1泽瓦级别。
迄今为止,ZEUS已运行用户实验达15个月,支持了来自22个科研机构的11个独立项目,共有58位研究人员参与了相关实验。
