华东师大将超快激光工艺提高了20倍

据物理学家组织网（Phys.org， https://phys.org/news/2026-05-quantum-boost-ultrafast-laser.html）2026年5月30日报道，量子光将超快激光工艺提高了20倍。上海华东师范大学（East China Normal University in Shanghai）的吴健(Jian Wu音译)团队的方法，使他们能够使用非线性激光脉冲电离钠原子。

光与物质之间的非线性相互作用是现代光学中一些最强大工具的核心，但将这些过程推向极限长期以来一直受到一个基本约束的阻碍：激光越强，就越有可能摧毁它所照射的任何东西。上海华东师范大学（East China Normal University in Shanghai）的吴健(Jian Wu音译)及其同事通过利用光本身的量子特性，找到了解决这个问题的方法。相关研究结果已经在《自然》（Nature, https://www.nature.com/articles/s41586-026-10485-9）杂志发表——Zhejun Jiang et al, Nonlinear atomic tunnelling boosted by bright squeezed vacuum, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10485-9. https://dx.doi.org/10.1038/s41586-026-10485-9

激光损伤阈值

大多数光学过程都是线性的：如果一个原子被激光照射，它一次会吸收一个光子，产生与光强度直接成比例的响应。相比之下，非线性过程需要几个光子基本上同时到达原子，产生的效果包括同时吸收多个光子，并以原始激光频率的几倍重新发射光。

与线性过程相比，这些效应随着光强度的增加而急剧变化，这使得它们对物理学家特别有用。然而，这通常需要使用非常强烈的激光脉冲，这可能会损坏甚至破坏它们相互作用的材料。到目前为止，这为这种方法的推进程度设定了上限。

提高能源

为了解决这个问题，吴健的团队转向了一种被称为明亮挤压真空 （bright squeezed vacuum简称BSV，https://phys.org/news/2025-11-bright-vacuum-reveals-hidden-quantum.html）。与光子以可预测的速率到达的普通激光不同，BSV状态的特征是在任何给定时刻到达的光子数量的极端波动。这些波动意味着，即使在适度的平均功率下，BSV脉冲也可以产生巨大的光子爆发：足以驱动通常需要更强烈激光的非线性过程。

为了验证这一概念，研究人员使用了一个关键的非线性过程，称为隧穿电离（tunneling ionization, https://phys.org/news/2025-06-unveiling-barrier-electron-dynamics-strong.html?utm_source=embeddings&utm_medium=related&utm_campaign=internal），其中强光场严重扭曲了钠原子周围的电环境，以至于电子可以有效地直接穿过将其固定在适当位置的势垒。

当他们测量释放的电子的能量和动量时，研究人员发现，平均仅携带300纳焦耳能量的BSV脉冲产生了与传统激光脉冲相同的非线性效应——在不增加平均功率的情况下，增强了20多倍。该团队还表明，他们可以随意调高或调低脉冲的强度，而无需改变其能量。

解锁阿秒物理学

此研究结果开辟了一种新的控制方法 强场过程（strong-field processes， https://phys.org/news/2023-01-electron-triggered-emissions-quantum-based-communications.html?utm_source=embeddings&utm_medium=related&utm_campaign=internal） 通过微调光源的量子特性来实现。这可能对阿秒科学具有重要意义，涉及持续时间仅为十亿分之一秒的十亿分之一的光脉冲。

到目前为止，该领域几乎完全依赖于经典激光源，但通过将量子光学工具 （quantum optical tools）带入在这个领域，该团队的研究结果可能指向一个未来，在这个未来，极端的光与物质相互作用可以比以前更精确地驱动和控制，附带损害的风险也要低得多。

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