2025年5月，密歇根大学宣布其泽塔瓦特级超短脉冲激光系统(ZEUS)在首次实验中产生了2拍瓦（即2千万亿瓦）的功率。这一突破不仅标志着工程技术上的巨大飞跃，也为医学、量子物理学和材料科学等领域的研究开辟了新的道路。
超强激光的概念及其应用
首先，我们需要了解什么是“拍瓦”。一拍瓦等于1千万亿瓦特（1PW=1,000,000,000,000,000W）。这样的能量密度极其惊人，甚至超过了全球电力输出的100倍。然而，ZEUS产生的这些超强激光束仅持续25千亿亿分之一秒。尽管如此短暂，这种超高强度的光脉冲足以引发一系列物理现象，例如尾场加速——通过激光脉冲加速电子，使其达到与粒子加速器创造的电子束同等的强大程度，但无需使用通常长达数百米的昂贵硬件装置。
ZEUS的技术细节
ZEUS项目耗资1600万美元建造，其中包含了注入钛原子的7英寸蓝宝石晶体等组件。这些特殊组件的制造花费了四年多的时间，并且规格极为罕见，全世界仅有少数几个。操作这样一个强大的激光系统远非按下手持激光笔按钮那么简单。它涉及到利用泵浦激光器逐步增强初始红外脉冲的能量，并通过衍射光栅等光学装置调整脉冲宽度，以避免空气被撕裂的风险。最终，脉冲被压缩至仅0.8微米宽，以便将最大功率强度传递给实验。
科学探索的新篇章
首次实验由加州大学欧文分校的富兰克林·多拉尔教授主导，他将激光脉冲对准含有氦气的容器。当激光与气体碰撞时，会生成等离子体，从原子上剥离电子，使气体变成自由电子和带正电荷离子的混合物。这些电子随后在激光脉冲后面加速，类似于尾波冲浪者紧跟快艇后方的现象。此过程被称为尾场加速，是未来可能用于医疗成像、癌症治疗以及新型材料开发的关键技术。
展望未来
ZEUS位于密歇根大学杰拉德·穆鲁超快光学科学中心内，占地相当于一个学校体育馆大小，是该中心HERCULES激光器的继任者。HERCULES曾在2007年达到了300太瓦的最大功率输出。而ZEUS于2022年首次公布，目前的功率输出大约是美国其他激光器峰值功率的两倍，设计目标更是高达3拍瓦。这不仅代表了科技的进步，更预示着科学研究即将进入一个全新的时代，有望为人类带来前所未有的发现和技术革新。
ZEUS的成功不仅是科学技术的重大进步，也为全球科研工作者提供了探索未知世界的强大工具。随着这项技术的发展和完善，我们期待看到更多关于宇宙奥秘的解开，以及改善人类生活的创新成果。
