图片来源：美国盖帝图像公司。

12月14日美国数十名激光科学家与其他科学领域杰出人士参加了美国国家科学院（NAS）召开的会议。会议主要讨论了其他国家的大型激光项目，如欧洲极光照明设施项目（ELI），以及美国超快超强激光器的未来发展。

美国斯坦福直线加速器中心的Philip Bucksbaum（2014年美国光学学会主席）在会议上表示拍瓦级飞秒激光器能够“产生地球上最明亮的光”。该会议的发起人同样表示，超强超快激光器有望推动某些全新科学领域的发展，同时有助于制造业、生物医学以及其他领域的发展。

会议还重点讨论了美国科学与工程界需为重返超快激光技术的领先地位而做出更多努力。

美国国家科学院的最新报告

图片来源：美国国家学术出版社。

由美国各高等院校与国家微光学计划（NPI）召开的美国国家科学院小组会议发表了最新报告，Opportunities in Intense Ultrafast Lasers: Reaching for the Brightest Light。该报告由美国国家科学院委员会主席Bucksbaum和14位资深科学家以及来自学术界、政界和工业界的其他相关人士共同撰写。报告中对美国与其他国家在高强度激光科学领域的地位进行评估，并为美国的另一个重点项目提供案例。

据Bucksbaum所述，该报告的作者们希望“为美国科学界制定激光发展路线图”。美国能源部（DOE）、美国海军研究办公室以及美国空军科学研究办公室共同发起了这项报告。

美国光学学会首席执行官Elizabeth Rogan在会议上将国家科学院的最新研究与发表于2012年的Optics and Photonics: Essential Technologies for Our Nation进行了对比。此外，该报告还加速了NPI的形成，NPI是由多个对提高美国光子学领导地位有贡献的科学界组织领导的学术、工业及政府联盟。（除了OSA，NPI的创始成员组织还包括SPIE、APS、LIA和IEEE。）Rogan表示：“我们拥有众多的人才和基础设施，因此这是一个提升美国未来高强度激光领域地位的机遇。”

优势：历史性的主导地位与独特的科学研究

美国早期在啁啾脉冲放大（CPA）等技术领域的领先地位促使其激光技术的发展速度从上个世纪90年代开始显著增长。图片来源：美国国家科学院出版社/Philip Bucksbaum。

然而报告的作者们表示，实际上美国超强超快激光的发展过程非常复杂。另一方面，该报告还认可了20世纪90年代美国作为“领先的创新者和主导者”发展超强激光技术的开拓性地位。

该项研究还强调了在基础科学与材料加工、核储存管理和生物医学应用中，拍瓦级激光器的重要性。拍瓦级激光器在基础学科中的应用范围囊括从电子到粒子物理到巨行星的天体物理模型。弗吉尼亚大学的Thomas Katsouleas（非NAS报告作者）作为专题小组成员之一列举了一个重要的例子——“沸腾的真空”，即拥有传递高强度能量并“撕碎真空”的能力并创造出类似于某些宇宙膨胀模型的条件。

Katsouleas认为：“这是有可能实现的，这不仅仅是单一科学领域的机遇”，他还指出随着时间的推移，越来越多的学科需要使用高强度激光器，且需要的强度也在不断增加。

劣势：“美国正在失去主导地位”

报告中的一幅地图表现了现如今拍瓦级激光器在世界上的分布主要集中在欧洲与亚洲地区。图片来源：美国国家科学院/J.L. Collier。

然而报告与小组研讨会的重点是美国在超快激光领域“失去了原先的主导地位”，并将其拱手相让给欧洲(如ELI等项目)和亚洲地区。报告指出：“目前，80%至90%的高强度激光系统分布在海外地区，且目前所有正在建设或已经建成的最高功率（多重拍瓦级）激光器也分布在海外地区。”

麻省理工学院林肯实验室的Peter Moulton回顾了这些激光器的技术历史。Moulton表示，1998年，首个拍瓦级激光器的早期组成部分，包括在1985年由Donna Strickland和Gérard Mourou研究开发的脉冲放大技术，都是在美国生产的。然而尽管美国拥有这些技术发展的源头，但是在拍瓦级激光器领域的地位已因社会关注度的降低而削弱。

Moulton表示，缺乏人才不是造成美国在拍瓦级激光器领域地位削弱的主要原因，他引用了最近美国与欧洲联合研制的高重频先进拍瓦级激光系统（HAPLS）的例子，该激光器由劳伦斯劳伦斯利弗莫尔国家实验室设计和制造并安装在捷克布拉格附近的ELI Beamlines工厂。“我们曾经发展了这项技术并取得了领先地位，后来这项技术传播到了海外。”

存在的问题与解决方法

图为高重频先进拍瓦级激光系统（HAPLS），该激光器由劳伦斯利弗莫尔国家实验室为捷克的极光基础设施建造。图片来源：美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室。

报告中将美国在拍瓦级激光器领域地位的削弱归因于团体与协作问题。报告总结道，尽管美国高强度超速激光领域的发展规模“庞大”，但其分布过于分散，几乎不存在政府与工业界之间的工作协调，且没有“跨机构的管理职位”来统一政府对该技术的支持。该报告的作者表示，欧洲地区对于该技术的协调性更强。因此Bucksbaum表示，“目前欧洲在基础设施方面更胜一筹”。

该报告还提出了重新确立美国在拍瓦级激光器领导地位的解决方案。其特别指出建立一个由学术界、工业界以及政府实验室组成的“广泛的全国性网络”，积极致力于由联邦研究机构领导的整合与协调工作。它还呼吁建立一个“全面的跨部门国家战略”，该战略将包括大规模和中等规模项目的发展，以及为私营企业的技术转移提供支持。该报告还主张与现有的国家实验室合作，建立“至少一个大规模开放性的高强度激光设施”，帮助“保存与更新”美国的高强度激光技术。

项目展开

已退休的美国能源部科学办公室副主任Patricia Dehmer在上次谈话中描述了美国重返高强度激光领域领导地位面对的机遇与挑战。Dehmer表示政府实现承诺的前提在于“项目的必要性与广泛支持度，且项目获得除政府以外的广泛支持将有助于项目的开展”。美国科学院的最新报告是一个好的开端，但是高强度激光领域的研究人员需要做出更多努力。这反过来又将要求目前分散的超速激光领域的团体“为共同的目标聚集到一起”。

Dehmer指出了现如今的政治环境和政策，并强调了这种由团体驱动行动的必要性。“在正常情况下，白宫科学技术政策办公室（OSTP）”将协调并加强各团体、机构间的联系。但是，由于OSTP在特朗普政府执政一年之后依然处于不稳定的状态，“其他社区和专业团体被迫接管并完成这一工作”。

Dehmer及其小组成员表示，这种团体凝聚力是美国重返高强度激光领域领导地位的必要条件。Bucksbaum指出，政府和公众支持的是“一个清晰且统一的未来愿景，这将需要各个团体的共同努力，如果科学界对某个领域具有极大的兴趣，那么LIGO项目便成功了。而事实上，这个项目确实成功了。”

图为参加NAS会议的科学家：美国科学院的David Lang、美国光学学会的Elizabeth Rogan、国际光学工程学会的Eugene Arthurs、加州大学伯克利分校的Roger Falcone、美国能源部的Patricia Dehmer（退休）、斯坦福大学直线加速器中心的Philip Bucksbaum、麻省理工学院的Peter Moulton以及弗吉尼亚大学的Thomas Katsouleas。图片来源：Rebecca Andersen。

来源： https://www.osa-opn.org/home/newsroom/2017/december/scoping_out_opportunities_in_high-intensity_lasers/

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