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英國牛津大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊(duì)首次找到一種切實(shí)可行的方法，可大幅提升高功率激光的光強(qiáng)，為在實(shí)驗(yàn)室造出更強(qiáng)光源提供了新路徑。相關(guān)成果發(fā)表于最近出版的《自然》雜志。

研究團(tuán)隊(duì)利用英國中央激光設(shè)施（CLF）的Gemini激光系統(tǒng)，將強(qiáng)激光照射到等離子體中，創(chuàng)造出一種類似“高速運(yùn)動(dòng)鏡子”的效應(yīng)：當(dāng)強(qiáng)激光照射到等離子體時(shí)，這些帶電粒子在極端條件下會(huì)表現(xiàn)得像一面以接近光速運(yùn)動(dòng)的反射面。激光在其表面反射后，波長被壓縮、頻率升高，從而獲得更高能量。這一過程類似于高速駛來的聲源會(huì)使聲調(diào)升高，但由于“鏡子”運(yùn)動(dòng)速度極高，需要用相對論加以描述，因此被稱為“相對論諧波產(chǎn)生”。

在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出并驗(yàn)證了一種“相干諧波聚焦”方法，即將由上述過程產(chǎn)生的多種波長激光在空間中重新匯聚，并同步聚焦到極小區(qū)域，從而使不同“顏色”的光疊加，形成極高的能量密度。其效果類似于用放大鏡將陽光聚焦到一點(diǎn)，但在這里，被聚焦的是經(jīng)過增強(qiáng)的多頻激光，使光強(qiáng)達(dá)到前所未有的水平。

這一進(jìn)展有望使科學(xué)家能夠探索物理學(xué)中最極端的前沿領(lǐng)域之一，也就是光和物質(zhì)如何在最基本的層面上相互作用，這可用量子電動(dòng)力學(xué)理論來描述。在這一尺度下，真空不再是“空無一物”，而是充滿可被強(qiáng)光場激發(fā)的量子漲落。

數(shù)值模擬結(jié)果顯示，這一機(jī)制可能已經(jīng)產(chǎn)生了迄今最強(qiáng)的相干光源。如果未來能在更大規(guī)模的激光裝置上進(jìn)一步驗(yàn)證并拓展，該方法有望實(shí)現(xiàn)更高強(qiáng)度的光，為研究極端光—物質(zhì)相互作用提供全新工具。