中科院魏志义详解：今年的诺贝尔物理学奖是怎样的一项发现？

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导读：2018年的诺贝尔物理学奖授予给了激光物理领域，由三位科学家分享，其中法国科学家Gérard Mourou和加拿大科学家Donna Strickland因“他们产生高强度、超短光脉冲的方法”共同分享了1/2的诺贝尔物理学奖。那么，他们的发现到底是什么？有什么重要意义？《知识分子》邀请中科院物理研究所研究员魏志义进行详细解读。魏志义，中科院物理研究所研究员，主要研究领域为超短超强激光物理与技术，包括飞秒激光放大的新原理与新技术、阿秒激光物理与技术、光学频率梳及应用等。

解读 | 魏志义

采访 | 蒋海宇

今年诺贝尔物理奖的成果授予一项称之为“啁啾脉冲放大”的技术，简称CPA。该技术最早出现在雷达技术中，用于微波的放大。1985年，时在美国罗切斯特大学的Mourou和Strickland将技术改进后，用于超短脉冲激光的放大，从而使得激光的峰值功率得到了突飞猛进的提升。此前，人们所能得到的激光最高强度受激光元器件的限制：强度过高后，激光器元件会被打坏，无法继续工作。因此激光的功率和强度提升缓慢，进入瓶颈。CPA技术提出以后，使得激光的功率和强度迅速增长。在不到十年的时间里，人们所能得到的激光强度提高了6到7个量级。

当时，Strickland在罗切斯特大学做博士后，Mourou是她的导师。他们的工作发表在一个并不是特别出名的一个杂志-Optics Communication上。第一作者是Strickland。尽管杂志不出名，但由于论文的重要意义，很快就引起了激光界的广泛重视，许多实验室开始使用此技术进行超短脉冲激光能量的放大。

追求更高的激光强度，是激光研究者最重要的使命之一。CPA的发明与实施，促进了激光强度的突破性进展：这项技术从发明到现在已经33年，却依然是非常热门、非常前沿的激光研究工作之一，并持续推进着激光向更高的强度提高。目前最高强度的激光，就是用这个技术生产的。毋庸置疑，它引领了激光技术发展的前沿。

激光强度的提高带来了很多前所未有的应用，使以前无法开展的工作得以开展，以前不存在的应用得以开展，包括精密加工、激光医疗、超快现象等，比如在激光加工中，利用CPA技术产生的超快激光可以高质量的切割手机屏幕、修复集成电路元件等。在医疗中，可以用来治疗近视眼、白内障、光学断层扫描成像（OCT）。

其实，CPA技术最强大和挑战性的应用是激光物理。利用超短超强激光与物质相互作用，可以快速的将电子电离，产生远高于原子内场的超高电场，并形成极高的瞬态磁场、加速梯度、等离子体密度等，并产生中子，驱动核反应。

以前的激光因为强度不够，所以只能产生有限的电离子体。现在激光能够产生很强的等离子体，创造极端的物理条件，将质子、电子加速到MeV、GeV的能量，推动了激光与许多前沿物理学科的交叉，在基础物理、核物理、高能物理等领域有着广泛的应用，可以是CPA技术是推动物理学前沿发展的重要推手。

实际上，1999年诺贝尔化学奖、2005年诺贝尔物理学奖也是与超快超强激光紧密相关的成果。激光作为人类文明历史上最重要的发明之一，迄今已产生多项诺贝尔奖，如华裔科学家中，朱棣文因为激光冷却获得诺贝尔奖，现在实验室所能得到的最低温度就是利用激光冷却产生的。高锟因为光纤的发明使用获得诺贝尔奖，目前已改变了我们的生活方式，成为造福人类的重要贡献。