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激光讓人類的視力“穿透”原子!一句話帶你秒懂2018諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

 昵稱2J03v 2018-10-03
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今年的物理學(xué)獎(jiǎng)一半被授予 Arthur Ashkin,因其“用于光學(xué)鑷子及其在生物系統(tǒng)中的應(yīng)用”,另一半被授予 Gérard Mourou 和 Donna Strickland,以表彰“他們生成高強(qiáng)度,超短光脈沖的方法”。兩者結(jié)合是一個(gè)完備的激光系統(tǒng),具有很廣泛的應(yīng)用前景。

諾獎(jiǎng)委員會(huì)表示,今年獲獎(jiǎng)的發(fā)明已經(jīng)徹底改變了激光物理學(xué)。現(xiàn)在,人們可以用全新的眼光看待極小的物體以及令人難以置信的快速過(guò)程,這些先進(jìn)的精密儀器,開辟了許多此前未開發(fā)的研究領(lǐng)域和眾多工業(yè)、醫(yī)療應(yīng)用。

美國(guó)物理學(xué)家 Arthur Ashkin,原因是發(fā)明了“光鑷”,光鑷或光鉗是一種通過(guò)高度聚焦激光束產(chǎn)生力移動(dòng)微小透明物體的裝置。其中把持物體的區(qū)域也稱為光阱,相應(yīng)的技術(shù)稱作光學(xué)捕捉。這種技術(shù)可以用于移動(dòng)細(xì)胞或病毒顆粒,把細(xì)胞捏成各種形狀,或者冷卻原子。由于光鑷的力可以精準(zhǔn)地直接作用于細(xì)胞甚至更小的目標(biāo),光鑷在生物學(xué)方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

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▲介電質(zhì)顆粒會(huì)吸引到光束聚焦點(diǎn)中心。作用于物體上力的大小與物體到光束中心的距離成正比,就像彈簧系統(tǒng)。

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▲美國(guó)物理學(xué)家Arthur Ashkin

亞瑟·阿什金(Arthur Ashkin),生于1922年9月2日,美國(guó)物理學(xué)家,曾在貝爾實(shí)驗(yàn)室和朗訊科技公司工作過(guò)。他在20世紀(jì)60年代后期開始了用激光操縱微粒的工作,這導(dǎo)致1986年光鑷的發(fā)明。他還開創(chuàng)了光學(xué)俘獲過(guò)程,最終用于操縱原子、分子和生物細(xì)胞。他發(fā)現(xiàn)光的輻射可以分解為光學(xué)梯度和散射力。 他被許多人認(rèn)為是光鑷研究領(lǐng)域之父。

阿什金的研究為朱棣文在冷卻和捕獲原子方面的研究打下了基礎(chǔ),朱棣文獲得了1997年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

阿什金獲得了美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)(OSA),美國(guó)物理學(xué)會(huì)(APS)和電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)的高度評(píng)價(jià)。他在1992年從貝爾實(shí)驗(yàn)室退休,多年來(lái)發(fā)表許多研究論文,擁有47項(xiàng)專利。他曾獲得2003年約瑟夫·基思利測(cè)量科學(xué)進(jìn)展獎(jiǎng)和2004年哈維獎(jiǎng)。他于1984年當(dāng)選為美國(guó)國(guó)家工程院院士,1996年當(dāng)選為美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士。目前,他繼續(xù)工作在他的家庭實(shí)驗(yàn)室。

除此之外,他還因其在光纖折射、二次諧波產(chǎn)生和光纖非線性光學(xué)方面的研究而聞名。

另一組是法國(guó)物理學(xué)家Gerard Mourou和加拿大物理學(xué)家Donna Strickland,獲獎(jiǎng)原因是他們發(fā)明了高強(qiáng)度激光脈沖。

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▲法國(guó)物理學(xué)家Gerard Mourou

Gérard Mourou 是法國(guó)電氣工程和激光領(lǐng)域的先驅(qū)。他和Donna Strickland共同發(fā)明了一種叫“啁啾脈沖放大”(chirped pulse amplification,簡(jiǎn)稱CPA)的技術(shù),后來(lái)被用來(lái)制造超短波脈沖,即非常高強(qiáng)度(terawatt)的激光脈沖。1994年,Mourou和他密歇根大學(xué)的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),自聚焦折射(self-focusing refraction,Kerr 效應(yīng))與大氣中太赫茲強(qiáng)度激光束的電離和稀疏的自衰減衍射(self-attenuating diffraction)之間的平衡,會(huì)產(chǎn)生“細(xì)絲(filament)”。它可以充當(dāng)光束的波導(dǎo),從而防止發(fā)散。

他曾在ENSTA(法國(guó)Palaiseau)擔(dān)任Laboratoire d'Optique Appliquee實(shí)驗(yàn)室主任,也是巴黎綜合理工大學(xué)的教授。1990年,他擔(dān)任密歇根大學(xué)超快光學(xué)科學(xué)中心(CUOS)的創(chuàng)始主任。

2015年11月23日,他參加了在布加勒斯特舉行的第三屆圣誕節(jié)講座。他的演講題為《突破未知:極光、科學(xué)與藝術(shù)》。之前的講座由托Thomas Kibble爵士和Joseph Silk教授主講。

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加拿大物理學(xué)家Donna Strickland


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