上海光机所“超快强光场驱动的空气激光研究”项目荣获2022年度上海市自然科学奖一等奖
近日,上海市科学技术奖励大会在沪召开。会上颁发了2022年度各项科技奖励,上海光机所四项科研成果荣获2022年度上海市科学技术奖一等奖,其中“超快强光场驱动的空气激光研究”项目荣获上海市自然科学奖一等奖。
超强超短激光的出现与创新发展孕育了台式化X射线相干光源、激光粒子加速、阿秒物理、空气激光等科学前沿。空气激光是超强超短激光诱导大气分子产生的高亮度、高准直、窄线宽的相干受激辐射,不仅蕴含了突破传统强场电离理论框架的新机制,而且为光学遥感提供了可远程产生的独特分子指纹探针。因此,该现象吸引了一批强场激光物理研究团队的关注和后续研究。Wolf奖得主、美国科学院院士Paul Corkum将超强超短激光驱动的超冷等离子体、X射线激光与空气激光并列为重要的领域方向。
项目组是空气激光方向公认的始创团队之一,作出的原创发现被公认为开辟了强场驱动空气激光新前沿,揭示了新颖的反转物理机制,为多组分大气分子灵敏探测重大应用提供了变革性技术手段。
发现了氮气离子空气激光新现象,开辟了强场非线性光学的新前沿:首次观测到中红外强光场电离空气产生的等离子体中发射的激光,促进了超强超快激光科学以及分子物性调控的创新发展。该发现被公认是强场驱动空气激光方向的源头,被德国马克斯·波恩研究所、俄罗斯科学院、北京大学等发表的9篇SCI论文评价为“首次报道”及“首次观测”等。
阐明了空气激光增益机制,揭示了分子隧穿电离新效应:空气激光源于分子与超快强光场的多体、相干相互作用,其增益机制无法用传统隧穿电离理论解释,为强场原子分子光物理领域提出了一个重要的基础科学问题。项目组提出了电离-耦合新模型,揭示了光与离子共振耦合、多体核运动对隧穿电离的协同作用,完善了强场分子物理图像,实现了空气激光有效调控。
开拓了空气激光远程探测应用,为多组分大气分子灵敏检测提供了变革性方案:无腔条件下产生的空气激光具有高亮度、窄线宽、高准直特性,为远程大气检测提供了非线性光谱探针。利用该技术获得了分子精细指纹谱,为实现多组分大气分子灵敏检测及同位素分子甄别提供了独特优势。
该项目研究团队发表的代表性论文包括PRL 3篇、PRX 1篇和PRA快讯1篇;编撰Springer国际出版社英文专著《Air Lasing》;国际会议邀请报告40次;基于该项目成果,团队主要完成人1人获国家杰青、1人获国家优青及饶毓泰基础光学奖、3人入选国家特支计划。
远程空气激光概念图
基于空气激光的多组分复杂大气分子灵敏检测原理与应用