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激光让人类的视力“穿透”原子!一句话带你秒懂2018诺贝尔物理学奖

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今年的物理学奖一半被授予 Arthur Ashkin,因其“用于光学镊子及其在生物系统中的应用”,另一半被授予 Gérard Mourou 和 Donna Strickland,以表彰“他们生成高强度,超短光脉冲的方法”。两者结合是一个完备的激光系统,具有很广泛的应用前景。

诺奖委员会表示,今年获奖的发明已经彻底改变了激光物理学。现在,人们可以用全新的眼光看待极小的物体以及令人难以置信的快速过程,这些先进的精密仪器,开辟了许多此前未开发的研究领域和众多工业、医疗应用。

美国物理学家 Arthur Ashkin,原因是发明了“光镊”,光镊或光钳是一种通过高度聚焦激光束产生力移动微小透明物体的装置。其中把持物体的区域也称为光阱,相应的技术称作光学捕捉。这种技术可以用于移动细胞或病毒颗粒,把细胞捏成各种形状,或者冷却原子。由于光镊的力可以精准地直接作用于细胞甚至更小的目标,光镊在生物学方面的应用越来越广泛。

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▲介电质颗粒会吸引到光束聚焦点中心。作用于物体上力的大小与物体到光束中心的距离成正比,就像弹簧系统。

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▲美国物理学家Arthur Ashkin

亚瑟·阿什金(Arthur Ashkin),生于1922年9月2日,美国物理学家,曾在贝尔实验室和朗讯科技公司工作过。他在20世纪60年代后期开始了用激光操纵微粒的工作,这导致1986年光镊的发明。他还开创了光学俘获过程,最终用于操纵原子、分子和生物细胞。他发现光的辐射可以分解为光学梯度和散射力。 他被许多人认为是光镊研究领域之父。

阿什金的研究为朱棣文在冷却和捕获原子方面的研究打下了基础,朱棣文获得了1997年诺贝尔物理学奖。

阿什金获得了美国光学学会(OSA),美国物理学会(APS)和电气和电子工程师协会(IEEE)的高度评价。他在1992年从贝尔实验室退休,多年来发表许多研究论文,拥有47项专利。他曾获得2003年约瑟夫·基思利测量科学进展奖和2004年哈维奖。他于1984年当选为美国国家工程院院士,1996年当选为美国国家科学院院士。目前,他继续工作在他的家庭实验室。

除此之外,他还因其在光纤折射、二次谐波产生和光纤非线性光学方面的研究而闻名。

另一组是法国物理学家Gerard Mourou和加拿大物理学家Donna Strickland,获奖原因是他们发明了高强度激光脉冲。

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▲法国物理学家Gerard Mourou

Gérard Mourou 是法国电气工程和激光领域的先驱。他和Donna Strickland共同发明了一种叫“啁啾脉冲放大”(chirped pulse amplification,简称CPA)的技术,后来被用来制造超短波脉冲,即非常高强度(terawatt)的激光脉冲。1994年,Mourou和他密歇根大学的团队发现,自聚焦折射(self-focusing refraction,Kerr 效应)与大气中太赫兹强度激光束的电离和稀疏的自衰减衍射(self-attenuating diffraction)之间的平衡,会产生“细丝(filament)”。它可以充当光束的波导,从而防止发散。

他曾在ENSTA(法国Palaiseau)担任Laboratoire d'Optique Appliquee实验室主任,也是巴黎综合理工大学的教授。1990年,他担任密歇根大学超快光学科学中心(CUOS)的创始主任。

2015年11月23日,他参加了在布加勒斯特举行的第三届圣诞节讲座。他的演讲题为《突破未知:极光、科学与艺术》。之前的讲座由托Thomas Kibble爵士和Joseph Silk教授主讲。

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加拿大物理学家Donna Strickland


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