11月3日，2024硬科技创新大会光子产业峰会在西安高新国际会议中心举行。在与会嘉宾的共同见证下，国家重大科技基础设施“先进阿秒激光设施”（西安部分）建设宣布正式启动。

该设施由中国科学院西安光学精密机械研究所承担建设，建设周期5年。

有望解决当前实验室研究瓶颈问题

阿秒，是人类迄今为止能够掌握的最短时间单位（1阿秒等于10的负18次方秒），借助阿秒激光可探测飞秒激光难以观测到的分子内部电子运动。

2023年度的诺贝尔物理学奖颁给了阿秒激光领域的科学家。作为研究电子动力学的有力工具，阿秒激光将有力推动基础研究原始创新，在多个领域展现出广阔的前景。

三位诺贝尔奖获得者虽然开发了阿秒光脉冲产生和测量的实验方法，但目前实验室产生的阿秒光源性能和指标参数较低，无法支撑其在应用领域实现重大原始创新突破，而先进阿秒激光设施能够解决上述瓶颈问题。

“先进阿秒激光设施”（西安部分）将建设当前最先进的、应用终端覆盖全面的、以阿秒时间分辨能力和高度时空相干性为主要特点的综合性超快电子动力学研究设施。

建成后将面向基础研究领域一系列重大科学问题

建成后将利用阿秒激光，结合其超短脉宽和高空间分辨率，通过时间分辨的光谱、电子能谱测量及成像等技术手段，面向基础研究领域的一系列重大科学问题，对包括高速光电器件、超导材料、光伏发电、光合作用等过程中的深层次超快动力学过程展开探索。

该设施能落地西安建设，得到了国家发改委、中国科学院和陕西省委省政府的大力支持，也被列为西安区域科技创新中心的核心建设内容。

作为光子科技前沿突破的“必要条件”和众多战略新兴产业持续发展的“动力源”，该设施将发挥强大的虹吸、撬动和衍生作用，不断探索“前沿基础研究—应用基础研究—产业技术研究—产业转化”的全链条创新模式，推动陕西成为光子领域顶尖科技创新人才聚集地、科技创新资源集结地、原始创新策源地，加快培育新质生产力，更好地支撑国家和区域经济社会高质量发展，为早日建成科技强国、实现高水平科技自立自强作出更大贡献。

什么是阿秒？1阿秒光只能“走”0.3纳米

先秦时期老庄之学的重要思想“至大无外，至小无内”——阐明了古人对世界的认知，认为宇宙无限大而微小粒子无限小。科技发展至今，人类对这两个维度的探索从未停止脚步，并想掌握世界万物的运动规律。

据中国科学院西安光机所相关专家介绍，如今对于微观世界，空间分辨率已经可以达到原子分子尺度，其对应的运动特征时间也达到了超快的飞秒量级，目前比较成熟的飞秒脉冲激光已经能够探测分子间运动，使其不再神秘。但分子内部的电子运动，其动力学过程发生在更快的阿秒量级。

电子早在19世纪便由剑桥大学的约瑟夫•约翰•汤姆森在实验中发现，距今已百余年。但由于运动速度过快，其运动过程仍无法直接探测，长期以来只能以电子云的概念来描述它在原子核外空间某处出现的几率大小。

电子云模型能够很好地解释化学键的形成与断裂、原子吸收与发射光子的光谱以及原子的性质等现象，并且符合量子力学原理，但在解释很多微观粒子运动规律时出现了障碍，需要发展更为准确的模型。

2023年诺贝尔物理学奖颁发给“阿秒激光”，其原由为促进了物质中电子动力学的研究，阿秒激光的研制成功，首次将探索世界的时间尺度推进到阿秒量级，人类第一次可能拥有直接测量电子动力学行为的工具。

阿秒是什么概念？如果说光从地球跑到月球的时间大约需要1秒，而在1阿秒时间内，光只能传输0.3纳米，约为头发丝直径的二十万分之一。

三位诺贝尔物理学奖获奖者的贡献

女科学家安妮•吕利耶在博士期间就一直在研究多光子电离效应，并在1988年，30岁之前就发表了获得诺贝尔奖的关键论文，发现了强激光照射惰性气体产生高次谐波的现象，并获得了高次谐波典型的频谱结构，其谱宽已经能够支持阿秒量级的脉冲，为激光脉冲突破至阿秒提供了先决性条件。

在高次谐波发展十余年后，皮埃尔•阿戈斯蒂尼于2001年利用高次谐波并结合RABBIT技术（双光子干涉的阿秒拍频重构），实现了一系列脉冲间距为1.35 fs、脉冲宽度仅为250 as阿秒脉冲的产生与测量，称为阿秒脉冲串。

而在同一年，费伦茨•克劳斯利用更短的飞秒驱动光来产生高次谐波连续谱，并利用阿秒条纹相机技术首次产生并测量了孤立的阿秒脉冲。

至此，阿秒激光时代正式来临。

我国阿秒激光研究虽起步晚但近年有显著进展

我国阿秒激光的研究总体起步较晚，一直处于追赶状态，但近些年有显著进展，相关研究也进入了国际先进水平。

2013年，中国科学院物理研究所实现了160as的孤立阿秒脉冲。

此后，华中科技大学和国防科技大学在2020年相继实现了272as、88as的孤立阿秒脉冲。 2019年，中国科学院西安光机所自主研制了高能量分辨阿秒条纹相机，产生和测量了159as的孤立阿秒脉冲，并在2021年产生了更短的75as孤立阿秒光脉冲，刷新了国内的阿秒脉冲纪录。

此外，国内研究机构包括中国科学院上海光机所、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院、北京大学、华东师范大学、吉林大学、南京理工大学、中国科学院近代物理研究所、西北师范大学等在阿秒激光理论以及应用方面都有重要成果报道。

另据今年9月29日的报道，科技日报记者从广东东莞松山湖科学城获悉，国家重大科技基础设施——先进阿秒激光设施正式获得国家发改委概算批复，即将开工建设。先进阿秒激光设施建成后，将成为亚洲首个、世界第二个阿秒激光大科学装置。

阿秒脉冲有望在多个研究领域涌现原始创新

当前，超快激光技术正朝着更高脉冲能量、更高平均功率、更窄脉冲宽度的目标发展。未来，激光脉冲宽度将从阿秒（as）缩短至仄秒（zs），光子能量将推进至硬X射线和伽马射线波段。此外，阿秒激光能量太低，是限制其应用的最主要原因，在可预测的未来，超快激光领域再次获诺贝尔奖将从高能量阿秒新机理、阿秒应用以及下一个量级的仄秒脉冲中产生。

2021年《Science》发布的“全世界最前沿的125个科学问题”中有十余个问题需要通过超快科学探索解决。例如，复杂激光场中的多体量子相互作用；超导机制--电子库珀对的形成；太阳能电池的光转换--电荷转移激子解离过程；生物分子之间的电荷转移过程；实现PHz开关，将现有的电路响应速度提高100000倍以上等，上述问题都直接与电子动力学相关。

阿秒脉冲将有望在多个科学和应用研究领域涌现出众多原始创新。当前，国际上已经开始阿秒激光设施的建设和竞争，由诺贝尔物理学奖获得者Gérard Mourou等人倡导，欧盟率先开展了欧洲极端光设施-阿秒光源（ELI-ALPS）的建设，并推动了欧洲相关激光公司的技术跨代升级。

从飞秒到阿秒，会给世界带来怎样的变化？

西安电子科技大学物理学院教授、博士生导师王军利说，尽管阿秒激光也是通过飞秒强激光和物质相互作用（一般是气体）来实现的，但如果掌握了阿秒激光和阿秒探测技术，人类认识微观世界就多了一个强有力的工具。

“普通照相就是用光来去记录事物的运动、发展和变化过程的，曝光时间越短就可以把越快的过程拍摄下来。所以，人类就想办法把用于拍摄的光在时间上的尺度尽可能变小，这样就可以去探究更小时间尺度的物理过程或者化学过程。”

“飞秒激光可以观察到的时间尺度大约和化学反应过程相当，比如两个氢原子、一个氧原子结合后生成水，这个过程很快，大概就是飞秒量级，人们可以通过飞秒激光去探测，把这个过程放慢，就可以观察到氢原子是怎么跟氧原子结合在一起形成水分子的。1999年，自然科学的桂冠诺贝尔化学奖授给了埃及出生的科学家艾哈迈德•泽维尔（Ahmed H.Zewail），以表彰他应用超短激光（飞秒激光）闪光成相技术观测到分子中的原子在化学反应中如何运动，从而有助于人们理解和预期重要的化学反应，为整个化学及其相关科学带来了一场革命。这是在这一领域的开创性的研究。泽维尔运用飞秒激光光束拍摄下反应过程中的变化及生成的中间体。”

“但如果要探究更快的运动或者变化过程，比如说电子的运动，就需要用到阿秒量级的激光。因为电子比原子小得太多了，如果用飞秒激光去拍照根本就看不到，而且它的运动实在太快了（阿秒量级），只能用概率来统计电子围绕原子核的运动，人们把它称为‘电子云’，用它去描述电子的大致运动状态。”

“但如果我们用阿秒激光这样的光源，去探测电子围绕原子核运动的过程，就有可能把电子的运动轨迹观测到。这会是一个很大的突破，人类对微观世界的理解和认知因此会迈入更高的台阶。因为化学反应也好，物质状态的变化也好，其实都跟其电子的运动相关。如果我们拥有阿秒技术，将可能操控电子的运动状态，从而可能产生新的物质，可用来制备新材料，还可以改变能源、信息等领域的巨大发展。如果人类能够操控电子，还会打开一个全新局面，对于人类文明的发展来说将会是历史性的变革和进步，我们对微观世界的了解会更加深入，也会从全新的角度去认识宏观世界。所以阿秒物理及其技术意义非凡、相当重大，可以说将是颠覆性的，会是当代物理学里程碑式的突破。”

陕西省光子产业总产值目前已超过300亿元

当天会上还播放了硬科技创新示范区建设成效视频，介绍了“先进阿秒激光设施”（西安部分）筹建情况和“追光计划-跃迁行动”最新进展，举行了省外光子企业落地陕西签约仪式、光子产业链融合发展签约仪式及光子产业科技金融战略签约仪式，发布了《光子技术前沿蓝皮书》《硬科技ESK价值投资责任报告（2024）》。

据介绍，陕西省于2021年底实施“追光计划”并于去年升级启动“跃迁行动”，光子产业快速发展并形成“聚链成群”生态效应，光子产业总产值连续两年以每年超过50%的速度递增，目前已超过300亿元。目前陕西省光子企业已由两年前的150余家增加至300余家，初步形成光子产业生态体系。通过产业园区聚集效应及光子基金牵引，已为陕西投资孵化企业114家。

华商报大风新闻记者 马虎振