在上海市科技奖励的加持下，上海理工大学刘一教授与上海光学精密机械研究所等单位合作，在“超快强光场驱动的空气激光研究”领域取得突破性进展，荣获2022年度上海市自然科学一等奖。
这项研究揭示了一个令人着迷的现象：当强激光照射空气中氮气时，可以激发出高亮度、可控波长的空气激光。更令人惊奇的是，这种空气激光并非传统激光器的产物，而是由强激光与空气分子的相互作用直接产生的。
刘一教授团队巧妙利用飞秒激光技术，产生强度极高的超短激光脉冲。这些脉冲像一把利剑，刺入空气分子的内部，引发了一系列复杂的非线性效应。在强激光场的轰击下，空气分子被电离，形成数量庞大的电子和离子。这些自由电子与离子之间发生激烈的碰撞和相互作用，最终在特定的条件下产生空气激光。
与传统激光不同，空气激光诞生于空气中，其偏振方向、波长和频率都可以通过精确控制激光脉冲的参数进行定制。这项发现为定制化激光输出提供了无限可能，在通信、医疗等领域具有广阔的应用前景。
更重要的是，空气激光在环境监测领域展现出巨大的潜力。与传统光学遥感技术不同，空气激光直接利用空气作为增益介质，可以在大气中任意位置激发出强的、方向性的光信号。这种光信号与空气中的污染物分子相互作用，产生特征性的光谱信息。通过分析这些光谱信息，可以精准识别和量化多种污染物。
这种高灵敏度的空气激光技术有望革命性地改变大气污染物监测，实现实时、无损和高分辨率的检测。未来，这项研究有望走向规模化应用，在大气探测、空气净化等领域发挥重要作用。同时，它也为强场物理研究开辟了新天地，为揭示强激光与物质相互作用的基本规律提供了宝贵的 insights。
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