获得 2018 年诺贝尔物理学奖的「啁啾脉冲放大技术」是什么意思?和现在的近视手术有关系吗?



  • 2018年的诺贝尔物理学奖授予给了激光物理领域,由三位科学家分享,其中法国科学家Gérard Mourou和加拿大科学家Donna Strickland因“他们生成高强度、超短光脉冲的方法”共同分享了1/2的诺贝尔物理学奖。
    那么,他们的发现到底是什么?有什么重要意义?
    《知识分子》邀请中科院物理研究所研究员魏志义进行详细解读。
    魏志义,中科院物理研究所研究员,主要研究领域为超短超强激光物理与技术,包括飞秒激光放大的新原理与新技术、阿秒激光物理与技术、光学频率梳及应用等。
    解读 | 魏志义
    采访 | 蒋海宇
    今年诺贝尔物理奖的成果授予一项称之为“啁啾脉冲放大”的技术,简称CPA。该技术最早出现在雷达技术中,用于微波的放大。1985年,时在美国罗切斯特大学的Mourou和Strickland将技术改进后,用于超短脉冲激光的放大,从而使得激光的峰值功率得到了突飞猛进的提升。此前,人们所能得到的激光最高强度受激光元器件的限制:强度过高后,激光器元件会被打坏,无法继续工作。因此激光的功率和强度提升缓慢,进入瓶颈。CPA技术提出以后,使得激光的功率和强度迅速增长。在不到十年的时间里,人们所能得到的激光强度提高了6到7个量级。
    当时,Strickland在罗切斯特大学做博士后,Mourou是她的导师。他们的工作发表在一个并不是特别出名的一个杂志:Optics Communication上。第一作者是Strickland。尽管杂志不出名,但由于论文的重要意义,很快就引起了激光界的广泛重视,许多实验室开始使用此技术进行超短脉冲激光能量的放大。




    2018年诺贝尔物理学奖获得者:Gérard Mourou



    2018年诺贝尔物理学奖获得者:Donna Strickland

    追求更高的激光强度,是激光研究者最重要的使命之一。CPA的发明与实施,促进了激光强度的突破性进展:这项技术从发明到现在已经33年,却依然是非常热门、非常前沿的激光研究工作之一,并持续推进着激光向更高的强度提高。目前最高强度的激光,就是用这个技术生产的。毋庸置疑,它引领了激光技术发展的前沿。
    激光强度的提高带来了很多前所未有的应用,使以前无法开展的工作得以开展,以前不存在的应用得以开展,包括精密加工、激光医疗、超快现象等,比如在激光加工中,利用CPA技术产生的超快激光可以高质量的切割手机屏幕、修复集成电路元件等。在医疗中,可以用来治疗近视眼、白内障、光学断层扫描成像(OCT)。
    其实,CPA技术最强大和挑战性的应用是激光物理。利用超短超强激光与物质相互作用,可以快速的将电子电离,产生远高于原子内场的强场电场,并形成极高的瞬态磁场、加速梯度、等离子体密度等,并产生中子,驱动核反应。
    以前的激光因为强度不够,所以只能产生有限的电离子体。现在激光能够产生很强的等离子体,创造极端的物理条件,将质子、电子加速到MeV、GeV的能量,推动了激光与许多前沿物理学科的交叉,在基础物理、核物理、高能物理等领域有着广泛的应用,可以是CPA技术是推动物理学前沿发展的重要推手。
    实际上,1999年诺贝尔化学奖、2005年诺贝尔物理学奖也是与超快超强激光紧密相关的成果。激光作为人类文明历史上最重要的发明之一,迄今已产生多项诺贝尔奖,如华裔科学家朱棣文因为激光冷却获得诺贝尔奖,现在实验室所能得到的最低温度就是利用激光冷却产生的。高琨因为光纤的发明使用获得诺贝尔奖,目前已改变了我们的生活方式,成为造福人类的重要贡献。



    来源:知乎 www.zhihu.com

    作者:知识分子


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