中科院魏志義詳解：今年的諾貝爾物理學獎是怎樣的一項發(fā)現(xiàn)？
導(dǎo)讀：2018年的諾貝爾物理學獎授予給了激光物理領(lǐng)域，由三位科學家分享，其中法國科學家Gérard Mourou和加拿大科學家Donna Strickland因“他們產(chǎn)生高強度、超短光脈沖的方法”共同分享了1/2的諾貝爾物理學獎。那么，他們的發(fā)現(xiàn)到底是什么？有什么重要意義？《知識分子》邀請中科院物理研究所研究員魏志義進行詳細解讀。魏志義，中科院物理研究所研究員，主要研究領(lǐng)域為超短超強激光物理與技術(shù)，包括飛秒激光放大的新原理與新技術(shù)、阿秒激光物理與技術(shù)、光學頻率梳及應(yīng)用等。
解讀 | 魏志義
采訪 | 蔣海宇
今年諾貝爾物理獎的成果授予一項稱之為“啁啾脈沖放大”的技術(shù)，簡稱CPA。該技術(shù)最早出現(xiàn)在雷達技術(shù)中，用于微波的放大。1985年，時在美國羅切斯特大學的Mourou和Strickland將技術(shù)改進后，用于超短脈沖激光的放大，從而使得激光的峰值功率得到了突飛猛進的提升。此前，人們所能得到的激光最高強度受激光元器件的限制：強度過高后，激光器元件會被打壞，無法繼續(xù)工作。因此激光的功率和強度提升緩慢，進入瓶頸。CPA技術(shù)提出以后，使得激光的功率和強度迅速增長。在不到十年的時間里，人們所能得到的激光強度提高了6到7個量級。
當時，Strickland在羅切斯特大學做博士后，Mourou是她的導(dǎo)師。他們的工作發(fā)表在一個并不是特別出名的一個雜志-Optics Communication上。第一作者是Strickland。盡管雜志不出名，但由于論文的重要意義，很快就引起了激光界的廣泛重視，許多實驗室開始使用此技術(shù)進行超短脈沖激光能量的放大。
追求更高的激光強度，是激光研究者最重要的使命之一。CPA的發(fā)明與實施，促進了激光強度的突破性進展：這項技術(shù)從發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)33年，卻依然是非常熱門、非常前沿的激光研究工作之一，并持續(xù)推進著激光向更高的強度提高。目前最高強度的激光，就是用這個技術(shù)生產(chǎn)的。毋庸置疑，它引領(lǐng)了激光技術(shù)發(fā)展的前沿。
激光強度的提高帶來了很多前所未有的應(yīng)用，使以前無法開展的工作得以開展，以前不存在的應(yīng)用得以開展，包括精密加工、激光醫(yī)療、超快現(xiàn)象等，比如在激光加工中，利用CPA技術(shù)產(chǎn)生的超快激光可以高質(zhì)量的切割手機屏幕、修復(fù)集成電路元件等。在醫(yī)療中，可以用來治療近視眼、白內(nèi)障、光學斷層掃描成像（OCT）。
其實，CPA技術(shù)最強大和挑戰(zhàn)性的應(yīng)用是激光物理。利用超短超強激光與物質(zhì)相互作用，可以快速的將電子電離，產(chǎn)生遠高于原子內(nèi)場的超高電場，并形成極高的瞬態(tài)磁場、加速梯度、等離子體密度等，并產(chǎn)生中子，驅(qū)動核反應(yīng)。
以前的激光因為強度不夠，所以只能產(chǎn)生有限的電離子體?，F(xiàn)在激光能夠產(chǎn)生很強的等離子體，創(chuàng)造極端的物理條件，將質(zhì)子、電子加速到MeV、GeV的能量，推動了激光與許多前沿物理學科的交叉，在基礎(chǔ)物理、核物理、高能物理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，可以是CPA技術(shù)是推動物理學前沿發(fā)展的重要推手。
實際上，1999年諾貝爾化學獎、2005年諾貝爾物理學獎也是與超快超強激光緊密相關(guān)的成果。激光作為人類文明歷史上最重要的發(fā)明之一，迄今已產(chǎn)生多項諾貝爾獎，如華裔科學家中，朱棣文因為激光冷卻獲得諾貝爾獎，現(xiàn)在實驗室所能得到的最低溫度就是利用激光冷卻產(chǎn)生的。高錕因為光纖的發(fā)明使用獲得諾貝爾獎，目前已改變了我們的生活方式，成為造福人類的重要貢獻。
