革命激光学,2018诺贝尔物理学奖揭晓!
发布人:原理君 时间:2018-10-02 关注:

2018年诺贝尔物理学奖授予:

Arthur Ashkin、Gérard Mourou和Donna Strickland

以表彰他们”在激光物理领域的开创性发明。“

今年的诺贝尔发明奖得主革新了激光物理学。极小的物体和极快的进程现在以一种新的方式出现。先进的尖端精密仪器正探寻着还未经探索的研究领域,并开辟着它在工业与医疗上的多种应用。

○ 图一。

Arthur Ashkin发明了一种光学镊子,它能利用激光束手指来捕捉粒子、原子、病毒和其他活细胞。这个新的工具让Ashkin实现了一个科幻小说中的古老的科学梦想——利用光的辐射压力来移动真实存在的物体(图二)。他成功地用激光将微小的粒子向激光束的中心推进,并让它们维持在那个位置上。光学镊子被成功发明。

○ 图二。

Ashkin在1987年取得重大突破,他用在不伤害活细菌的情况下成功地用光学镊子对活细菌进行了捕获。他立即着手研究的生物系统和光学镊子,现已被广泛用于生命机理的研究之中。

○ 图三:光镊子使运用光来观察、转动、切割以及推拉成为可能。在许多实验室,激光镊子被用来研究生物过程,如蛋白质、分子马达、DNA或细胞内部的生命。

Gérard Mourou和Donna Strickland为人类创造出最短且最强的激光脉冲铺平了道路(图四)。1985年,他们发表了一篇革命性的论文,这篇论文是Strickland的博士论文的基石。

○ 图四:Mourou and Strickland发展的技术叫做啁啾脉冲放大(CPA)。

他们采用了一种巧妙的方法,在不破坏被增强型材料的情况下,成功地制造出超短、高强度激光脉冲。首先,他们从时间上对激光脉冲进行拉伸,以减小其峰值的功率,然后对其进行放大,最后再对它们进行压缩。如果脉冲在时间上被压缩并变得更短,那么更多的光就会聚集在同一个微小空间中——脉冲的强度就会急剧增加。

○ 图五:锋利的激光束使得在各种材料上精确地切割或钻孔成为可能。

Strickland和Mourou新发明的技术名为啁啾脉冲放大(CPA),很快便成为后来的高强度激光的标准。它的用途包括每年有数百万人用最锋利的激光束进行的视力矫正手术。它应用前景是无比巨大的,还有着无数的应用领域未被完全开发出来。

参考来源:https://www.nobelprize.org   文章来源于《原理》。

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