諾貝爾物理學獎何以相中啁啾脈衝放大技術?

自1960年，梅曼製造出世界首臺紅寶石固態雷射器，雷射技術便開始快速滲入物理、化學、生物醫療等眾多研究領域，進而對大眾日常生活的許多方面帶來深刻影響。

雷射領域摘得2018諾貝爾物理學獎

隨著相關技術的不斷發展，雷射早已不再局限於切割、焊接、表面熱處理這類材料加工領域，以雷射內雕、雷射清洗、超快雷射為代表的眾多新型技術和應用不斷湧現，雷射開始向越來越多領域滲透。目前，圍繞著雷射技術已經形成一個超過百億美元規模的全球化產業，全球各國均將雷射技術作為提高生產率和國際競爭力的重要技術手段。

2018年10月2號，在瑞典皇家科學院的主導下，諾貝爾物理學獎正式揭曉。美國物理學家阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin）、法國物理學家傑哈·莫羅（Gérard Mourou）和加拿大物理學家唐娜·斯崔克蘭（Donna Strickland）憑藉在雷射領域的研究成果共同分享今年的諾貝爾物理學獎。其中，莫羅和唐娜因為「發明產生高強度超短光學脈衝的方法」而共獲今年諾貝爾物理學獎一半獎金。其中，唐娜·斯崔克蘭也成為了自1901年至今100多年來，第三位獲得諾貝爾物理學獎的女性科學家。

左起依次為：美國物理學家阿瑟·阿什金、法國物理學家傑哈·莫羅、加拿大物理學家唐娜·斯崔克蘭

啁啾脈衝放大技術的原理

雖然，雷射器早在1960年已被發明出來，但科學家們從未放棄在其性能上尋求更大突破。在當時的情況下，如果繼續增加短脈衝的光強，放大材料就會被燒毀，這是一個擺在面前的現實難題。為了攻克這一難題，1985年，莫羅和唐娜發明了啁啾脈衝放大技術（CPA）。啁啾二字最早出自唐朝詩人王維《黃雀痴》中的詩句「到大啁啾解遊颺，各自東西南北飛」，原指鳥兒的不同叫聲，在雷射中指的則是不同頻率，是對這項技術原理的形象化表述。

這一技術的原理大體上可以表述為：將一段短脈衝在時域上展寬，然後放大，再進行壓縮。當脈衝展寬時，功率的極值會變得非常低，因此，即便放大到很高的倍數，也不會燒毀放大器；然後，再在時域上對脈衝進行壓縮，可以極大增強脈衝的強度。使用這項技術後，脈衝可以短到飛秒（10-15秒）量級，功率可以達到太瓦（1012瓦特）量級。通過這一技術，雷射脈衝變得更短，強度變得更高。正是這項技術的發明，使得超快、超強雷射得到了快速發展。