大国之“光”中国大科学装置巡礼系列报道

当人类凝视宇宙的深邃，总渴望借助一束光穿透未知。大科学装置正是这样一束光——它照亮微观粒子的精妙舞蹈，解码生命起源的原始密码，甚至让转瞬即逝的量子跃迁凝固成可供研究的“标本”。

此次，我们将重磅推出《大国之“光”——中国大科学装置巡礼系列报道》，以“光”为线索，走进这些中国大科学装置的殿堂，聚焦激光与光源领域的核心设施，开启一场跨越时空的“追光之旅”——

从每秒振荡万亿次的飞秒激光，到能穿透物质骨骼的同步辐射光源，从捕捉“幽灵粒子”的地下迷宫，到再现太阳核心能量的超强激光装置……

在这里，我们将以全景视角展现这些科学利器的非凡魅力，揭秘这些“超级工具”如何解码微观世界、探索宇宙奥秘、赋能人类生活。

从南海之滨到燕山脚下，从地下实验室到深空观测站，中国大科学装置集群正编织着一张立体的创新网络。

据透露，目前，中国已建成运行57个大科学装置，在材料、能源、生命科学等领域构筑起立体化创新矩阵。这些被称为“国之重器”的超级工具，不仅是衡量国家科技实力的标尺，更是人类探索自然奥秘的阶梯。

当我们凝视这些照亮未知领域的“中国之光”，看到的不仅是科技实力的具象刻度，更是一个文明古国在创新长跑中重新定义领跑姿态的“精神光谱”。今日推出大国之“光”——中国大科学装置巡礼系列报道之一：

先进阿秒激光设施：捕捉时间的“快门”

2025年1月10日，东莞松山湖，一片占地140亩的工地上，亚洲首个、世界第二个阿秒激光大科学装置——先进阿秒激光设施破土动工。

这座总投资15亿元、占地140亩的“时间捕捉器”，将人类对微观世界的观测精度推向了百亿亿分之一秒量级。

这个“超级工程”的诞生，标志着中国在超快光学领域实现从“跟跑”到“领跑”的跨越。从高温超导材料的电子配对机制，到癌症治疗的靶向分子操控，这场以“光”为刃的科技革命，正在改写人类认知物质本质的边界。

当阿秒激光的“快门”首次按下，人类将拥有一双看透物质本质的“慧眼”。通过捕捉时间的“快门”，阿秒激光中心将开启微观世界超快探索的新篇章，助力我国在新一轮世界科技革命中抢占先机，推动多学科的交叉融合和创新发展。

未来，这座先进阿秒激光设施建成后，将在粤港澳大湾区托起一座世界级科学高峰。

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大国重器：

亚洲首个阿秒激光大科学装置

作为“十四五”期间布局的国家重大科技基础设施，先进阿秒激光设施由中国科学院物理研究所、西安光机所联合共建，东莞松山湖材料实验室深度参与。

先进阿秒激光设施分为西安和东莞两部分，其中，东莞松山湖先进阿秒激光设施已于9月获得国家发改委概算批复，2025年1月开工建设，总投资15亿元，占地面积140亩。建成后，将建设极紫外阿秒光源、高重频阿秒光源、高脉冲能量阿秒光源、软X射线阿秒光源及超快硬X射线/γ射线源五类阿秒光源，并配套建设相关研究平台。

而先进阿秒激光设施（西安部分）由中国科学院西安光机所承担建设，已于2024年11月正式启动建设，建设周期为5年，旨在建设软X射线束线和高能量 THz 束线以及相应的研究终端，提供国际最先进的阿秒光脉冲。

整个先进阿秒激光设施在我国广东东莞和陕西西安两地，规划建设10条束线和22个应用终端，涵盖极紫外、软X射线、高能γ射线等多种光源，预计2029年全面投入运行。

东莞部分聚焦极紫外阿秒光源、高通量超短脉冲等核心技术，布局6条束线和配套实验平台；西安部分则侧重软X射线与高能太赫兹光源，建设4条束线及终端。

建成后，该设施将提供脉宽小于60阿秒（目前国际顶尖水平）、光子能量高达500电子伏特的超快光源，综合性能有望实现全球领先。中国科学院院士汪卫华表示：“这是亚洲首个、世界第二个阿秒激光大科学装置，将成为我国超快科学研究的‘灯塔’。”

这一设施的诞生并非偶然。早在2016年，时任西安光机所所长赵卫便提出建设阿秒激光装置的战略构想。历经8年论证与攻关，从技术路线设计到国家发改委批复，从区域协同到人才集聚，中国科学家以“十年磨一剑”的韧劲，终将蓝图转化为现实。

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科学解码：

拥有神奇魔力的“超高速摄像机”

据介绍，阿秒，即十亿分之一纳秒，是目前人类能够掌握的最短时间尺度。利用阿秒激光脉冲，科学家们可以像使用“超高速摄像机”一样，实现对电子运动的跟踪、测量和操控。

要理解阿秒激光的意义，需从微观世界的速度尺度说起。电子绕原子核运动的速度约为150阿秒/圈，传统飞秒激光（1飞秒=1000阿秒）如同用慢镜头拍摄蜂鸟振翅，只能捕捉模糊影像。而阿秒激光则像一台“超高速摄像机”，能直接“冻结”电子跃迁、化学键断裂等瞬时过程。

阿秒激光的核心原理在于高次谐波产生技术：将超强飞秒激光聚焦于惰性气体，电离后的电子在激光场中被加速并回撞母离子，释放出波长极短（X射线波段）、脉宽极窄（阿秒量级）的相干光脉冲。这种脉冲能量高度集中的"光针"，能激发物质内层电子跃迁，产生极紫外（XUV）和软X射线辐射。

当这些辐射与物质相互作用时，电子运动轨迹被实时"显影"，犹如用高速摄像机定格子弹击穿苹果的过程。通过精密控制激光参数，科学家可定制阿秒脉冲的强度、频率和偏振特性，实现对电子运动的“全息记录”。

专家解释说，在这个过程中，阿秒激光以其极短的脉宽和高的空间分辨率，允许研究人员直接观察到物质内部的微观动态过程。这不仅解决了以往需要间接证据来证实的问题，还大大提升了科学研究的精确度和深度。

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应用场景：

多学科前沿基础研究和产业应用

据了解，先进阿秒激光设施建成后，将在多学科前沿基础研究和产业应用方面发挥重要作用，为研究物理、化学、材料、信息、生物医学等学科中的重大科学问题提供了全新的技术手段。

值得一提的是，先进阿秒激光的应用前景广泛，涵盖了高温超导、量子计算、癌症治疗等多个重大基础科学问题，有望为我国在物质科学的前沿基础研究领域实现重大突破提供关键技术保障。

据相关科学家介绍，通过阿秒激光技术，科学家们可以更深入地理解化学反应机制，优化化学工艺；揭示分子和原子之间的相互作用及动力学过程，促进材料科学的进步；在生物医学领域，阿秒脉冲的高分辨率成像技术有望提升疾病的早期诊断和治疗效果。

一是物理领域：利用阿秒激光研究物质内部电子的超快运动过程，揭示电子与原子核、电子与电子之间的相互作用，探索物质的新状态和新性质。例如，研究高温超导材料中的电子配对机制，为开发新型超导材料提供理论依据。

二是化学领域：利用阿秒激光拍摄化学反应的过程，帮助科学家们更好地理解反应机理，并进一步改进化学工艺。例如，研究光合作用中的电子转移过程，为开发高效的人工光合系统提供新思路。

三是材料领域：利用阿秒激光揭示材料内部电子的动力学过程，研究材料的结构、性能和功能之间的关系。例如，研究磁性材料中的自旋动力学过程，为开发新型磁性存储器和传感器提供技术支持。

四是信息领域：利用阿秒激光研究信息材料中的电子运动过程，探索信息的产生、传输和处理机制。例如，研究半导体材料中的载流子动力学过程，为开发高速光电器件提供理论依据。

五是生物医学领域：利用阿秒脉冲的高分辨率成像技术，提升疾病的早期诊断和治疗效果，为研究癌症、神经系统疾病等重大医学难题提供新突破口。例如，研究蛋白质的结构和功能，为开发新型药物提供靶点。

六是产业应用方面，先进阿秒激光设施将推动相关技术和产品的创新和发展。例如，基于阿秒激光技术开发的超快光谱仪、超快电子衍射仪等科学仪器，将在材料分析、质量检测、生物医学诊断等领域发挥重要作用。同时，阿秒激光技术还将促进激光加工、激光医疗、激光通信等产业的发展，提高相关产业的竞争力和附加值。

来源：hth官方 编辑：十一郎