2015年1月5日下午2:30梁晓轩博士受张镇西教授邀请在生命学院301会议室做了题为“水中光致击穿效应多光子电离诱发机理研究”的学术报告。

光致击穿的本质是电介质在光频交变电场作用下通过多光子电离、雪崩电离引起的等离子体形成、冲击波及空化气泡等现象。随着生物医学光学的快速发展，短脉冲激光越来越多的应用在生物学、医学的各个领域中。很多应用的核心物理机理依赖于光致击穿效应。对水中光致击穿现象的研究有助于解决应用研究中的很多问题。在报告中梁博士谈到了他们课题组在激光切割眼角膜方面的研究进展。通过光致击穿基础研究他们发现了纳秒激光纳米效应，并申请了德国专利。通过这一专利与德国著名眼科公司Schwind联合开发了第一套UV-A纳秒intra-LASIK系统。利用这一系统他们与奥地利眼科医院的医生合作进行了在体兔眼角膜切割实验。通过研究所、企业、医院3方合作，各自发挥优势，将基础研究成果转化为企业产品并做到了临床实验。

在深层基础研究方面，光致击穿诱发机理一直存在争议。目前最可能的解释认为种子电子来源于多光子电离。1974诺贝尔物理学奖获得者Bloembergen提出一个假说，如果种子电子是由多光子电离产生的话，那么多光子由k阶变为k+1阶时，光致击穿阈值会发生阶跃变化。为了验证这一假说梁博士他们课题组设计了一套光致击穿阈值测量系统。该套系统由泵浦激光源、探测激光源以及散射光检测系统三部分构成。其中泵浦激光源为2ns的单纵模OPO，波长可以从720nm连续调节至1030nm。普通OPO一般为多纵模，时域波形中有皮秒尖峰严重影响阈值测量的准确性,因此必须使用单纵模OPO。通过科研合作他们在德国楚格峰上的一个气象实验室找到了一台单纵模纳秒OPO。他的德国同事将0.3吨的实验装置运到了海拔3000米的气象实验室，在那里夜间进行实验。科学有时是一种探险！

他们的实验结果表明在转折波长处确实观察到击穿阈值发生跳跃，证实了Bloombergen假说：即光致击穿由多光子电离诱发。利用水合电子他们合理解释了液态水能级中存在中间能级，能级位于6.6eV附近。水合电子至今依然是液态水中的一种神秘物质，它依然是物理化学及光化学研究的热点。液态水分子在短脉冲激光照射下最外层共价电子激发远离水分子并逐渐陷落在局域量子势阱中，形成相对稳定的游离态电子，这就是水合电子。完美的局域量子势阱一般由6个水分子构成，其氢键指向势阱中心。完美量子势阱对应于最低水合电子激发能，6.6eV左右。完美量子势阱在液态水中密度大概在1e19cm-3量级。

梁博士还报导了水合电子的研究前沿。最新水合电子光化学研究表明在产生水合电子过程中，水合电子的前身会通过游离电子转移作用会引起碱基分子键断裂进而引起DNA断裂。这是一个很重要的发现。因为传统上认为氧化性强的活性氧是造成DNA链断裂的主要原因。但直到最近Nature上一篇文章才指出还原性的水合电子也许是另一个引起DNA断裂的重要原因。

梁博士说：“回顾整个项目，从Bloembergen假说到2008他们课题组在楚格峰上开展实验再到2014年完美解释这个数据，前后达6年之久。让他深刻体会到了一篇好的文章不仅要有好的实验，而且还需要好的理论来解释。”

最后梁博士回答了听众关心的问题。本次报告在开放、活跃的气氛中举行，生命学院BMP实验室的师生和理学院物理实验班的学生也聆听了报告。