縱觀諾貝爾獎百年歷史,與光學直接或間接相關的獲獎成果多達40余項,約占諾貝爾物理學獎的40%。其中,在1960年后,幾乎所有與光學相關的諾貝爾獎或多或少都與激光有關聯。以下例舉其中較為著名的幾項。
1964年諾貝爾物理學獎 激光最早獲得的諾獎
獲獎者:查爾斯·湯斯(美國)、尼古拉·根納季耶維奇·巴索夫(前蘇聯)、亞歷山大·普羅霍羅夫(前蘇聯)
獲獎理由:在量子電子學領域的基礎研究成果,該成果發(fā)展出了基于激微波—激光原理建造的振蕩器和放大器
依據該研究成果,科學家在1954年制造出了激光器的前身——微波激射器。此后,基于微波器的開放式諧振腔構型,科學家在1960年研制出了激光器。
1971年諾貝爾物理學獎 構建三維逼真立體圖
獲獎者:伽博·丹尼斯(英國)
獲獎理由:發(fā)明并發(fā)展全息照相法
由于激光器的問世,光源的相干性和亮度有了顯著提高,全息技術得到迅猛發(fā)展。全息技術的原理是利用光的干涉和衍射,將物體信息以干涉圖的方式存儲下來,通過圖像反演,恢復出原物體的三維逼真立體圖。該技術大量運用在科幻電影中,如《阿凡達》中的全息沙盤展示、《鋼鐵俠》中的懸空投影等。如今,計算機技術的快速發(fā)展已催生出全息投影技術。例如,微軟基于計算全息技術于2015年開發(fā)出了Hololens,可以生成只有佩戴者能夠看見的虛擬3D圖像。
1981年諾貝爾物理學獎 靈敏探測的激光光譜儀
獲獎者:尼古拉斯·布隆伯根(美國)、阿瑟·肖洛(美國)
獲獎理由:對開發(fā)激光光譜儀的貢獻
激光器問世后,非線性介質和激光光譜的研究成為了熱點,布隆伯根發(fā)明的基于非線性光學原理的光倍頻、脈沖壓縮展寬、電光調制等技術和器件,在強激光領域、激光通訊領域都不可或缺。
1997年諾貝爾物理學獎 冷凍原子捕捉“第五態(tài)”
獲獎者:朱棣文(美國)、克洛德·科昂-唐努德日(法國)、威廉·菲利普斯(美國)
獲獎理由:發(fā)展了用激光冷卻和捕獲原子的方法
激光冷卻技術是通過激光光子與運動的原子碰撞,從而使得原子減速,獲得超低溫原子。利用該技術,科學家首次觀測到了物質的第五態(tài)——玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)。
1999年諾貝爾化學獎 飛秒級拍攝分子變化過程
獲獎者:艾哈邁德·澤維爾(埃及、美國)
獲獎理由:運用激光技術,使通過化學反應觀測原子在分子中的運動成為可能
澤維爾被譽為“飛秒化學之父”,他應用飛秒激光技術在化學反應中觀測,這也是諾貝爾化學獎第一次頒發(fā)給激光領域。由于飛秒超短脈沖激光的出現,可觀測化學反應的時間尺度縮減至飛秒量級。澤維爾利用該技術測得了環(huán)丁烷裂解實驗的反應過度壽命為700飛秒,并在NaI的光解反應中首次觀察到化學反應過渡態(tài)的變化過程。
2009年諾貝爾物理學獎 光纖帶來通訊劃時代變革
獲獎者:高琨(英國、美國)
獲獎理由:在光學通信領域,光在纖維傳輸方面的突破性成就
基于高琨的理論和激光器,上世紀70年代以來,康寧公司發(fā)展出可用于通訊的光纖,已成為目前主流的高速、大容量有線通信方式。
2018年諾貝爾物理學獎 “千倍放大”和“激光鑷子”
獲獎者:亞瑟·阿什金(美國)、杰哈·莫羅(法國)、唐娜·斯特里克蘭(加拿大)
獲獎理由:在激光物理領域的突破性發(fā)明:“光學鑷子及其在生物系統(tǒng)的應用”“產生高強度超短光學脈沖的方法”
作者:伍藝通(中國科學院上海光學精密機械研究所博士生)
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