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嘉峪檢測網 2018-10-08 10:02
今年的諾貝爾物理學獎頒給了發明光學鑷子和啁啾脈沖放大技術的三位科學家:Arthur Ashkin“用于光學鑷子及其在生物系統中的應用”,Gérard Mourou和Donna Strickland,“為他們生成高強度,超短光脈沖的方法”。
三人的獲獎理由是:“用于激光物理領域的突破性發明”。
今天我要聊聊Gérard Mourou和Donna Strickland。
2018年諾貝爾物理學獎頒給了脈沖放大的發明者Mourou先生和他的學生Strickland教授。既出人意料,也在意料之中。
超短脈沖(一般定義為小于1納秒的激光脈沖)的放大,在很長時間內是令人頭痛的問題:極短的脈沖不利于吸收放大介質中的能量,和高峰值功率極易破壞放大器中的光學元器件。
對于后者,簡單的解決方法是將脈沖的截面擴大,減少單位面積內的脈沖能量和功率。可是,面積的擴大帶來能量密度的減少,更不利于吸收增益介質儲存能量。而且,再擴大,能擴大到多少倍呢?幾十倍?幾百倍?
Mourou先生及其學生Strickland教授,想到雷達放大技術。雷達脈沖放大,就是利用雷達脈沖的寬帶頻譜,把雷達脈沖調制為頻域的啁啾(類似鳥的叫聲),在時域就是脈沖的展寬,再放大,以避免高峰值功率破壞的。
能不能把這個技術移植到激光脈沖放大呢?
超短激光脈沖本身也對應著非常寬的光譜。利用色散技術,將脈沖在時域展寬,然后再放大,不就既能避免放大中的光學損傷,又能更有效地獲取增益了嗎?那么什么東西能把脈沖展得更寬呢?色散介質啊。可是一般的介質色散實在太小,有限長度內展寬不了多少。
時間已至1980年代中期,光纖技術已經成熟。用光纖啊!于是,就用了幾公里的光纖,把脈沖展寬到了幾百皮秒。后面的放大就順理成章了。因為是利用頻率的啁啾將脈沖展寬再放大的,這種技術就被命名啁啾脈沖放大技術(chirped pulse amplification,CPA)。
放大后,脈沖再壓縮原來的寬度。但是發現并不容易。直到光柵脈沖展寬器被發明出來,光纖脈沖展寬器才被淘汰(當然有的場合還在用),脈沖壓縮才逐漸完美。
這個發明可不得了。從圖1可以看到,超短脈沖的峰值功率從原來的千瓦(圖縱坐標是聚焦后的峰值功率),一下子就躥升到了兆瓦,一直到現在的帕瓦(1015 W)。
所以,Mourou/Strickland師生獲得諾獎,也當之無愧。
為什么還有人不服氣呢?因為有人認為,這個技術,只不過是將雷達放大技術移植到了激光技術,不能算是原創。
但是諾獎委員會不這么想。他們想的是,如果沒有這個技術的發明,哪怕是移植,能有今天的帕瓦激光嗎?能有飛秒激光的普遍應用嗎?能有后來的飛秒脈沖嗎?如果沒有,這個獎給了Mourou師生就是值得的!
來源:AnyTesting