Caltech团队在激光推进光帆技术方面取得的重大进展。光帆技术曾是科幻概念，如今正逐步成为现实且潜力惊人。这个技术与“Breakthrough Starshot”计划相关，该团队的成果有助于解决光帆在太空环境中的诸多问题，为人类探索深空带来希望。
激光推进光帆技术，这个曾经只存在于科幻世界中的概念，如今正一步步地将其惊人的潜力展现在我们面前。最近，美国加州理工学院（California Institute of Technology，Caltech）的科研团队在光帆的设计与机制测试方面取得了极为重大的进展，这一成果仿佛是在为未来向太空发射超高速、能够进行星际航行的微型探测器铺设一条康庄大道。
早在2016年的时候，著名物理学家史蒂芬‧霍金（Stephen Hawking）和企业家尤里‧米尔纳（Yuri Milner）就率先提出了名为“Breakthrough Starshot”的计划。在这个计划中，利用激光进行驱动，采用超轻薄材料制作而成的光帆被视为推动人类迈向太空的一项重大技术突破。霍金与米尔纳希望借助强大的激光推力，使微型探测器能够以接近光速的速度朝着离地球最近的恒星系——比邻星（Alpha Centauri）进发。如今，Caltech团队凭借着先进的实验设备以及纳米技术，正在逐步将这一宏伟的蓝图变为现实。
在Harry Atwater教授的带领下，团队针对超薄材料在外界辐射压力下的反应进行了精细的测量。他们所使用的特定微型“光帆”是由厚度仅为50纳米的氮化硅薄膜所构成的，其尺寸非常小，仅仅约为40×40微米，光帆的四个角是用同样材料制成的微型弹簧连接起来的，看起来就像是一个微型的蹦床（如下图所示）。这个团队利用电子束微影技术在Kavli纳米科学研究所完成了薄膜的制作，并且在真空腔中采用可见光波段的氩激光进行实验。
为了能够精确地捕捉到极其微小的作用力，研究人员构建了一套共轨干涉仪系统。这种创新的技术有着非常出色的效果，它能够有效地消除环境噪音，从而精确地测量出光帆上下极为细微的位移（其精度能够达到皮米级），并且可以据此计算出激光辐射压力对光帆所产生的力学变化。当光杆以不同的角度照射光帆的时候，实验结果显示，由于边缘散射效应的存在，会导致部分激光能量偏离预定的方向，这样一来，实际的推动力就会比正面照射时有所降低。
此次实验不仅成功地测量出了光推力（其力量达到了femtonewton级），而且还首创性地将设备同时当作功率计来使用，从而能够直接测量激光的功率。该团队还指出，在未来他们将会应用纳米科学和超材料技术，设计出具有自调整功能的光帆。这种光帆在受到侧向或者旋转力干扰的时候，能够自动恢复到正确的位置，从而维持长距离飞行的稳定性。
这一成果发表在了《Nature Photonics》期刊上，这一事件被看作是从理论探索迈向实际应用的一个重要的里程碑。Caltech团队表示，此次的实验有助于解决光帆在实际太空环境中可能会面临的热能、压力以及定位等问题，同时也为日后超高速、星际探测器推进系统的设计提供了极为关键的参考依据。
如果这种新技术能够逐步发展成熟的话，那么人类探索深空、探索那些目前只能通过望远镜进行观测的星际世界，就不再仅仅只是一个遥不可及的梦想了。从科幻逐步走向现实，激光推进光帆技术正一步一个脚印地为我们打开全新的太空探险篇章。
（首图来源：Breakthrough Starshot）
本文总结了Caltech团队在激光推进光帆技术上取得的成果，包括对超薄材料的测量、构建共轨干涉仪系统等。这些成果有助于解决光帆在太空环境中的问题，推动了光帆技术从理论到应用的发展，为人类探索深空带来更多可能。
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