美国密歇根州立大学和麻省理工学院的科学家近日在实验室成功制造出迄今为止强度最高的激光束，其峰值功率达到300万亿瓦（300 TW），每平方厘米的流量高达10亿兆瓦特。这一强度相当于将地球接收到的全部太阳光集中照射在一粒沙子上，是当时美国全国电网发电量的约300倍。

该脉冲激光束的持续时间为30飞秒（30×10⁻¹⁵秒）。研究团队负责人、密歇根州立大学物理学和工程学教授卡尔·克鲁舍尼克表示：“这是我们能发出的瞬间最高强度，我们相信宇宙间再没有比这更强的光了。”这一突破性成果得益于啁啾脉冲放大（CPA）技术——该技术由麻省理工学院名誉教授杰勒德·莫洛（Gérard Mourou）于20世纪80年代发明，并因此获得2018年诺贝尔物理学奖。

CPA技术的核心是通过衍射光栅将短激光脉冲在时间上拉长约5万倍，使其能量在通过放大介质（如钛-蓝宝石晶体）时不会损坏光学元件；放大后再通过光栅压缩器将脉冲压缩回接近原始时长，从而获得极高的峰值功率。研究团队在原50太瓦（TW）的高能激光系统（HERCULES）上加装了一台放大器，并优化了光路配置，最终实现了300 TW的输出。

维克多·雅诺弗斯基（Victor Yanovsky），麻省理工学院电机工程与计算机科学系科学家，在六年内主导了该超高能系统的搭建。他解释道：“为了获得更强烈的激光，必须使受激辐射产生的光子数远多于受激吸收所消耗的光子数。在热平衡状态下，高能级上的原子数总是少于低能级，因此必须构建非热平衡的粒子数反转体系。” 这一原理是激光放大的基础，而CPA技术则巧妙绕开了传统放大介质对高峰值功率的限制。

自2008年这一记录诞生以来，激光峰值功率不断被刷新。例如，2019年韩国光州科学技术院（GIST）实现了4拍瓦（PW，1 PW=1000 TW）的脉冲，中国上海超强超短激光实验装置（SULF）在2020年达到10 PW，而欧洲极端光基础设施（ELI）目前正在向100 PW目标迈进。高功率激光的应用也从最初的实验室等离子体物理拓展到癌症质子治疗、激光聚变、真空双折射效应观测乃至实验室天体物理等前沿领域。

核心学术观点：啁啾脉冲放大技术是获得超高功率激光的关键；粒子数反转是实现光放大的必要条件；极端光强可使真空“沸腾”，有望从真空中激发出正负电子对，验证量子电动力学预测。

相关进展：近年来，基于超高功率激光的质子加速器已被用于肿瘤辐射治疗的临床前研究，显示出精准、高效的优势。此外，激光驱动惯性约束聚变在2022年于美国国家点火装置（NIF）首次实现了净能量增益，进一步凸显了高强度激光在能源和医学领域的巨大潜力。