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嘉峪检测网 2018-10-08 10:02
今年的诺贝尔物理学奖颁给了发明光学镊子和啁啾脉冲放大技术的三位科学家:Arthur Ashkin“用于光学镊子及其在生物系统中的应用”,Gérard Mourou和Donna Strickland,“为他们生成高强度,超短光脉冲的方法”。
三人的获奖理由是:“用于激光物理领域的突破性发明”。
今天我要聊聊Gérard Mourou和Donna Strickland。
2018年诺贝尔物理学奖颁给了脉冲放大的发明者Mourou先生和他的学生Strickland教授。既出人意料,也在意料之中。
超短脉冲(一般定义为小于1纳秒的激光脉冲)的放大,在很长时间内是令人头痛的问题:极短的脉冲不利于吸收放大介质中的能量,和高峰值功率极易破坏放大器中的光学元器件。
对于后者,简单的解决方法是将脉冲的截面扩大,减少单位面积内的脉冲能量和功率。可是,面积的扩大带来能量密度的减少,更不利于吸收增益介质储存能量。而且,再扩大,能扩大到多少倍呢?几十倍?几百倍?
Mourou先生及其学生Strickland教授,想到雷达放大技术。雷达脉冲放大,就是利用雷达脉冲的宽带频谱,把雷达脉冲调制为频域的啁啾(类似鸟的叫声),在时域就是脉冲的展宽,再放大,以避免高峰值功率破坏的。
能不能把这个技术移植到激光脉冲放大呢?
超短激光脉冲本身也对应着非常宽的光谱。利用色散技术,将脉冲在时域展宽,然后再放大,不就既能避免放大中的光学损伤,又能更有效地获取增益了吗?那么什么东西能把脉冲展得更宽呢?色散介质啊。可是一般的介质色散实在太小,有限长度内展宽不了多少。
时间已至1980年代中期,光纤技术已经成熟。用光纤啊!于是,就用了几公里的光纤,把脉冲展宽到了几百皮秒。后面的放大就顺理成章了。因为是利用频率的啁啾将脉冲展宽再放大的,这种技术就被命名啁啾脉冲放大技术(chirped pulse amplification,CPA)。
放大后,脉冲再压缩原来的宽度。但是发现并不容易。直到光栅脉冲展宽器被发明出来,光纤脉冲展宽器才被淘汰(当然有的场合还在用),脉冲压缩才逐渐完美。
这个发明可不得了。从图1可以看到,超短脉冲的峰值功率从原来的千瓦(图纵坐标是聚焦后的峰值功率),一下子就蹿升到了兆瓦,一直到现在的帕瓦(1015 W)。
所以,Mourou/Strickland师生获得诺奖,也当之无愧。
为什么还有人不服气呢?因为有人认为,这个技术,只不过是将雷达放大技术移植到了激光技术,不能算是原创。
但是诺奖委员会不这么想。他们想的是,如果没有这个技术的发明,哪怕是移植,能有今天的帕瓦激光吗?能有飞秒激光的普遍应用吗?能有后来的飞秒脉冲吗?如果没有,这个奖给了Mourou师生就是值得的!
来源:AnyTesting