諾貝爾獎取得唐娜?斯特里克蘭的技術為高強度激光鋪平了道路
該諾貝爾獎取得者的技術為高強度激光鋪平了道路。
從小到大，唐娜 ? 斯特里克蘭（Donna Strickland）心中都有一個目標——取得博士學位。但直到在加拿大安大略省漢密爾頓市麥克馬斯特大學攻讀物理學本科期間選修了激光課程，她才知道自己想要真正追求什么。
斯特里克蘭說，激光看起來“真的很酷，就像科幻小說里的東西”。那時她不知道，她新發(fā)現(xiàn)的熱情有一天會讓她取得諾貝爾物理學獎。
榮譽會員唐娜·斯特里克蘭在安大略省滑鐵盧大學的實驗室里，她在該校教授物理。
在紐約羅切斯特大學從事光學研究期間，斯特里克蘭與激光先驅、法國物理學家熱拉爾 ? 穆魯（GérardMourou）一起工作。在探索如何在不損壞激光器的情況下提高其峰值功率時，他們發(fā)明了啁啾脈沖放大技術（CPA）。啁啾脈沖放大技術可以產(chǎn)生高強度的短激光脈沖，如今用于眼部矯正手術、醫(yī)學成像、智能手機制造等領域。
斯特里克蘭、穆魯和 IEEE 終身會士亞瑟 ? 阿斯金（Arthur Ashkin）共同取得了 2018 年諾貝爾物理學獎。阿斯金發(fā)明了一種獨立技術“光學鑷子”，該技術能使用低功率激光束操縱活細胞和其他微小物體。
在斯德哥爾摩音樂廳，唐娜·斯特里克蘭從瑞典國王卡爾·古斯塔夫手中接過2018年諾貝爾物理學獎。
她的發(fā)明還取得了由 IEEE 贊助的2023年IEEE榮譽會員獎。
斯特里克蘭是安大略省滑鐵盧大學的物理學教授。她領導的研究團隊正在開發(fā)用于非線性光學研究的高強度激光系統(tǒng)，例如順利獲得差頻混頻產(chǎn)生中紅外波段脈沖，以及研究多頻拉曼產(chǎn)生技術。
高強度激光
1981 年從麥克馬斯特大學取得物理學工程學士學位后，斯特里克蘭搬到了紐約并在羅切斯特大學攻讀光學博士學位。她在該大學激光能量學實驗室與穆魯一起工作，穆魯當時正在尋找能在不損壞設備的前提下提高激光強度（光功率）的方法。
脈沖激光器可以在短時間內將光線集中以產(chǎn)生功率。1960年，物理學家西奧多 ? 梅曼（Theodore Maiman）展示了第一臺激光器，在之后的幾年內，其峰值強度迅速提高。但1970年后，由于放大順利獲得某一點的光會損壞激光器，因此其強度不再增加并保持穩(wěn)定長達十多年。
在關于光與物質相互作用的研究中，穆魯于1983年提出假設：在將脈沖重組之前，間隔并增強脈沖可以在無損情況下產(chǎn)生更高強度的激光脈沖。斯特里克蘭說，但他不知道如何做到這一點。因此在博士學習時期，她用不同的激光系統(tǒng)驗證了他的假設，然而都沒能奏效。
1984年參加超快現(xiàn)象國際會議時，斯特里克蘭和穆魯找到分析決辦法。該活動每年舉辦兩次，匯集的科學家研究著原子、分子或材料在1飛秒或更短時間內發(fā)生的過程。
兩人共同在會議上進行了有關新開發(fā)的摻釹釔鋁石榴石（Nd:YAG）激光器光纖脈沖壓縮的演講。該技術可以使用光纖中的非線性光學器件將100皮秒脈沖壓縮到1皮秒，從而增加激光器的光譜帶寬。研究發(fā)現(xiàn)，當脈沖順利獲得光纖的實現(xiàn)拉伸時，壓縮效果最好。
她和穆魯發(fā)現(xiàn)，脈沖需要在放大之前拉伸，而不是像以前那樣在放大之后拉伸。拉伸脈沖意味著它可以被重新壓縮以達到所需強度。
為了驗證他們的理論，兩人在激光能量學實驗室建設了一個由一個2瓦 Nd:YAG激光器、1.4千米光纖、一個放大器和一對平行光柵組成的系統(tǒng)。Nd:YAG激光器向光纖泵送了一個100皮秒的短脈沖。光的速度取決于波長，因此紅光在光纖中的傳播速度比藍光快。
斯特里克蘭說，它被稱為“啁啾脈沖”，因為它與鳥的啁啾的頻率結構相似。
啁啾脈沖使脈沖的持續(xù)時間更長，并且能分散強度從而避免損壞激光器。拉伸后的低能量密度脈沖會被放大，順利獲得平行的衍射光柵，讓后面的藍光趕上紅光。這兩個脈沖都順利獲得反射光柵重組。斯特里克蘭稱，重組后的脈沖比原來的脈沖強3倍。
自那以后，這項技術為創(chuàng)造有史以來最短最強的激光脈沖鋪平了道路，也讓構建更緊湊精確的激光系統(tǒng)成為了可能。
從普林斯頓到滑鐵盧
協(xié)助開發(fā)啁啾脈沖放大技術后，斯特里克蘭于1988年成為了物理學家保羅 ? 科克姆（Paul Corkum）的第二位博士后研究員?？瓶四吩诩幽么髧已芯课瘑T會工作，專門研究激光科學，并開創(chuàng)了阿托秒物理學。
3年后的1991年，她成為了美國能源部在加利福尼亞州的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的物理學家。
斯特里克蘭于1992年離職，加入了普林斯頓大學光子和光電子材料高級技術中心。
1996年，她回到加拿大，加入了滑鐵盧大學物理系擔任助理教授，并于2002年被提升為副教授。2007年至2013年，她擔任該系副主任。
斯特里克蘭稱：“年輕時，我只想取得博士學位并留在學校。做學生的體驗最好，做教授的體驗次之?！?/p>
作者：Joanna Goodrich
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