革命激光學,2018諾貝爾物理學獎揭曉!
發布人:原理君 時間:2018-10-02 關注:

2018年諾貝爾物理學獎授予:

Arthur Ashkin、Gérard Mourou和Donna Strickland

以表彰他們”在激光物理領域的開創性發明。“

今年的諾貝爾發明獎得主革新了激光物理學。極小的物體和極快的進程現在以一種新的方式出現。先進的尖端精密儀器正探尋着還未經探索的研究領域,并開辟着它在工業與醫療上的多種應用。

○ 圖一。

Arthur Ashkin發明了一種光學鑷子,它能利用激光束手指來捕捉粒子、原子、病毒和其他活細胞。這個新的工具讓Ashkin實現了一個科幻小說中的古老的科學夢想——利用光的輻射壓力來移動真實存在的物體(圖二)。他成功地用激光将微小的粒子向激光束的中心推進,并讓它們維持在那個位置上。光學鑷子被成功發明。

○ 圖二。

Ashkin在1987年取得重大突破,他用在不傷害活細菌的情況下成功地用光學鑷子對活細菌進行了捕獲。他立即着手研究的生物系統和光學鑷子,現已被廣泛用于生命機理的研究之中。

○ 圖三:光鑷子使運用光來觀察、轉動、切割以及推拉成為可能。在許多實驗室,激光鑷子被用來研究生物過程,如蛋白質、分子馬達、DNA或細胞内部的生命。

Gérard Mourou和Donna Strickland為人類創造出最短且最強的激光脈沖鋪平了道路(圖四)。1985年,他們發表了一篇革命性的論文,這篇論文是Strickland的博士論文的基石。

○ 圖四:Mourou and Strickland發展的技術叫做啁啾脈沖放大(CPA)。

他們采用了一種巧妙的方法,在不破壞被增強型材料的情況下,成功地制造出超短、高強度激光脈沖。首先,他們從時間上對激光脈沖進行拉伸,以減小其峰值的功率,然後對其進行放大,最後再對它們進行壓縮。如果脈沖在時間上被壓縮并變得更短,那麼更多的光就會聚集在同一個微小空間中——脈沖的強度就會急劇增加。

○ 圖五:鋒利的激光束使得在各種材料上精确地切割或鑽孔成為可能。

Strickland和Mourou新發明的技術名為啁啾脈沖放大(CPA),很快便成為後來的高強度激光的标準。它的用途包括每年有數百萬人用最鋒利的激光束進行的視力矯正手術。它應用前景是無比巨大的,還有着無數的應用領域未被完全開發出來。

參考來源:https://www.nobelprize.org   文章來源于《原理》。

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