超强超短激光应用前景广阔
激光，原子受激辐射的光。其原理是原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级时，所释放的能量以光子的形式放出。这些被激发出来的光子光学特性高度一致，因此激光相比普通光源单色性、方向性好，亮度更高。
自1960年第一台激光器诞生以来，科学家们一直寻求激光强度和性能的更大突破。超强超短激光就是一个典型，它的最大特点是“超强”和“超短”。“超强”是指这种激光的峰值功率一般大于1太瓦（1太瓦等于1万亿瓦），这一功率相当于全球所有发电机同时开动的总功率。“超短”是指这种激光持续的时间很短，达到了飞秒量级（1飞秒等于1千万亿分之一秒），这么短的时间内，激光只能走一根头发丝粗细的距离，不仅人眼无法识别，就连光电探头也无法分辨。
目前，获得超强超短激光最基本的方法，是由2018年诺贝尔物理学奖获得者穆鲁和斯特里克兰发明的啁啾脉冲放大技术。在激光的放大过程中，随着激光能量的增加，激光的脉冲峰值功率会迅速升高，可能超过激光材料的损伤阈值，导致材料损坏。啁啾脉冲放大技术很巧妙地解决了这一难题，它将一个超短脉冲在时间上拉宽后再进行能量的放大，当脉冲拉宽时，功率也会变得很低，即使能量提高很多倍，脉冲峰值功率也能保持在材料可承受范围内。然后，再在时域上将脉冲压缩到超短的水平，就可以极大增强激光脉冲的功率。实践中，占地达1000平方米的庞大激光器输出的超强超短激光，在极短时间内峰值功率可达10拍瓦（1拍瓦等于1千万亿瓦），被称为“最亮光源”。
由于强度高、作用时间短，超强超短激光可以直接作用到物质的原子、分子层面，这为它的广泛应用打开了大门。超强激光可以在实验室创造只在恒星内部或黑洞边缘才具有的极端条件，例如超强的电磁场、超高的能量密度、超强的光压等，为研究宇宙起源演化和物质相互作用等提供必要条件。超强激光还可为治疗癌症提供“激光质子刀”新方案，高能质子由于定向沉积可用于靶向治疗癌症，超强激光可在厘米范围内将质子加速到所需能量，该方案目前尚在实验阶段。超短激光则在超快光学等领域大显身手，科学家通过它能捕捉到非常高速的运动，哪怕是飞秒级的电子运动，也能被清晰地记录。该类激光在较低输出功率下已被广泛应用于生物成像、眼科激光手术、精密加工等领域。此外，由于超强超短激光的光强特别高，穿过空气时会电离成等离子体，可以利用它进行天气干预。随着激光技术的不断发展，未来或将能实现激光引雷和激光诱导降雪。
2016年，我国实现了5拍瓦激光放大和脉冲压缩输出，刷新了当时激光脉冲峰值功率的世界纪录；2017年，我国成功实现了10拍瓦激光放大输出，继续保持国际同类研究的领先水平。相信经过科学家的不断努力，超强超短激光研究将实现更大发展，给人们的未来带来更加神奇的技术。
（作者为中国科学院上海光学精密机械研究所科学传播主管李沙沙）
叶绿素有机化合物电子跃迁广泛具有挑战性--发电，储电。
一，有机化合物脂肪酸和芳香族在电子跃迁方面的应用广泛且具有挑战性。这些化合物的分子结构和电子云排布特性，使得它们在特定光子能量的作用下会发生电子跃迁，从而产生特定的光学和电子性质。
脂肪酸是有机化合物的一种，通常具有长链结构，由许多碳原子和氢原子组成。由于其长链结构，脂肪酸在电子跃迁中具有特殊的性质。在光照射下，脂肪酸的电子可以从基态跃迁到激发态，导致分子的振动和转动等运动状态发生变化。这种跃迁能量通常较低，因此脂肪酸的光吸收带相对较宽。通过对脂肪酸的光吸收和荧光发射光谱的研究，科学家可以了解其分子结构和动态特性。
芳香族有机化合物则是一类具有环状结构的化合物，通常包含苯环或其它芳香环。这些化合物的电子云排布特性使其在电子跃迁方面具有独特的性质。芳香族化合物的电子跃迁通常涉及π-π跃迁，即电子从π轨道跃迁到π轨道。这种跃迁能量较高，因此芳香族化合物的光吸收带相对较窄。通过对芳香族化合物的光吸收和荧光发射光谱的研究，科学家可以了解其分子结构和电子云排布情况。
脂肪酸和芳香族有机化合物在电子跃迁方面的应用广泛且具有挑战性。例如，这些化合物可以用于生物成像技术中，通过光吸收和荧光发射等特性来检测生物组织中的脂肪酸和芳香族化合物的分布情况。此外，这些化合物还可以用于光电器件中，如太阳能电池和光电二极管等，通过调控其电子结构和光学性质来实现高效的能量转换和信号传输。
然而，脂肪酸和芳香族有机化合物的电子跃迁也面临一些挑战。首先，这些化合物的稳定性较差，容易受到环境因素的影响，如温度、湿度和氧气等。这可能导致其在应用中的不稳定性和可靠性问题。其次，这些化合物的合成和修饰较困难，需要精细的化学合成技术和繁琐的后处理步骤。这增加了其应用成本和难度。
总之，有机化合物脂肪酸和芳香族的电子跃迁在光学、电子学和生物学等领域具有广泛的应用前景，但也面临着合成困难、环境稳定性差等挑战。未来科学家需要进一步探索新的合成方法和材料设计策略，以克服这些挑战并推动这些领域的发展。
二，叶绿素是有机化合物中的一种，它是一种具有特殊功能的化合物，在植物生长和发育中起着至关重要的作用。叶绿素的结构和性质使其在电子跃迁方面具有独特的性质，这种跃迁现象在光合作用中起着关键作用。本文将探讨叶绿素有机化合物的电子跃迁及其在光合作用中的应用、案例、问题与挑战。
叶绿素是一种具有复杂结构的有机化合物，它含有镁离子和卟啉环等组成部分。叶绿素的电子结构使其在可见光的照射下会发生电子跃迁，即从基态跃迁到激发态。这种跃迁导致分子的振动和转动等运动状态发生变化，从而吸收特定波长的光子，实现光能的转化。
在光合作用中，叶绿素能够吸收太阳光能并将其转化为化学能，用于合成有机物质。这个过程依赖于叶绿素在电子跃迁中实现的能量转换。当叶绿素吸收光能时，电子从基态跃迁到激发态，随后通过电子传递链将电子传递给其他分子，最终合成有机物质。
叶绿素有机化合物的电子跃迁在农业和环境科学等领域具有广泛的应用。例如，通过研究植物的光合作用机制，科学家可以优化植物的生长条件和提高作物的产量。此外，叶绿素还可以用于环境监测中，通过检测水生植物中的叶绿素含量来判断水体的营养状况和生态环境质量。
然而，叶绿素有机化合物的电子跃迁也面临一些挑战。首先，光合作用机制的复杂性和不确定性使得对叶绿素电子跃迁的深入研究较为困难。其次，环境因素如温度、湿度和光照强度等都会影响叶绿素的吸收能力和光合作用的效率。这可能导致植物生长的不稳定性和产量下降等问题。
另外，叶绿素的稳定性也是需要关注的问题。叶绿素分子在光、氧气和金属离子等环境因素的作用下容易发生降解和失活。这会直接影响植物的光合作用能力和生长发育进程。因此，针对叶绿素的稳定性问题，科学家需要进一步探索新型的保护策略和技术手段，以延长叶绿素的寿命并提高植物的光合作用效率。
总之，叶绿素有机化合物的电子跃迁在光合作用中具有重要的作用，并在农业、环境科学等领域具有广泛的应用前景。然而，光合作用机制的复杂性和不确定性以及环境因素对叶绿素稳定性的影响等挑战需要进一步研究和解决。未来科学家需要深入研究叶绿素的电子结构和光合作用机制，探索优化植物生长条件的策略和技术手段，以推动农业和环境科学的发展。
三，叶绿素发电实验是一种利用叶绿素的光合作用制成叶绿素太阳能电池进行发电的技术。这种技术的特点是具有透明和柔性的特点，可以布置或安装于大多数的物体表面，大至厂房、楼宇的墙壁及屋顶，小至穿戴设备都可以应用。
在实验中，通常把生长在温泉附近的耐高温的蓝藻用离心机脱水，使其成果酱状，然后把它涂在氧化锡板上数十微米厚，作为阴极，用铂作阳极。用这个装置成功地获得了8~10微安电流。还有的研究者将叶绿体涂在微型过滤薄膜上，用这种薄膜来分割两种溶液。一种溶液中含有释放电子的化学物质，另一种溶液则含有电子受体。当光线透过电子受体溶液照射到叶绿体上时，两者都受到激发，电子从释放电子的溶液中通过叶绿体进入电子受体溶液。研究者根据覆盖在薄膜上的叶绿体面积，计算出总光能中立即转化为电的最多只有3%左右，其中叶绿体提供约2/3。
叶绿素发电实验不仅展示了叶绿素在太阳能利用上的潜力，也揭示了共生微生物发电的可能性。这种实验性的技术仍需要进一步的研究和开发，以实现其在能源领域的应用。
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