پالس های لیزری با انرژی بالا و فوق کوتاه

پالس های لیزری با انرژی بالا و فوق کوتاه

دونا استریکلند

دونا استریکلند، برنده جایزه نوبل فیزیک 2018، یک فیبر نوری را در آزمایشگاه خود در روچستر در سال 1985 تراز کرد. استریکلند همچنین یکی از اعضای OSA و رئیس OSA در سال 2013 است. [دانشگاه روچستر]

جایزه نوبل 2018 در فیزیک

دونا استریکلند

برای اختراعات پیشگامانه در زمینه فیزیک لیزر

برای روش آنها برای تولید پالس های نوری با شدت بالا و فوق کوتاه

سهام جایزه 2018: نیمی به طور مشترک به دونا استریکلند (1/4) و جرارد مورو (1/4) و نیمی دیگر به آرتور اشکین (1/2) اهدا شد.

[درباره جایزه نوبل فیزیک ۲۰۱۸ بیشتر بخوانید]

زندگی: دونا استریکلند متولد 1959، گوئلف، کانادا، یک فیزیکدان نوری کانادایی است.

[درباره دونا استریکلند بیشتر بخوانید]

زنان نوبل علم

ماه آینده جوایز نوبل 2021 اعلام خواهد شد. در اینجا به زنانی نگاه می کنیم که جایزه نوبل را در فیزیک، شیمی و فیزیولوژی یا پزشکی دریافت کرده اند. برای نگاهی دقیق تر به پیشرفت های اخیر در اپتیک بر اساس تحقیقات برندگان نوبل شیمی 2020، به داستان جلد این ماه مراجعه کنید.

جایزه نوبل فیزیک 2018

اطلاعیه آکادمی سلطنتی علوم سوئد:

جایزه نوبل فیزیک 2018

آکادمی سلطنتی علوم سوئد تصمیم گرفت جایزه نوبل فیزیک 2018 را اعطا کند

"برای اختراعات پیشگامانه در زمینه فیزیک لیزر"

با یک نیمه به

آرتور اشکین، آزمایشگاه بل، هلمدل، ایالات متحده، "برای موچین های نوری و کاربرد آنها در سیستم های بیولوژیکی"

و نیمی دیگر به طور مشترک به

جرارد مورو، اکول پلی تکنیک، کاخ، فرانسه، دانشگاه میشیگان، آن آربور، ایالات متحده آمریکا

دونا استریکلند، دانشگاه واترلو، کانادا

"به دلیل روش تولید پالس های نوری با شدت بالا و فوق کوتاه"

ابزار ساخته شده از نور

اختراعاتی که امسال مورد تقدیر قرار گرفتند، فیزیک لیزر را متحول کردند. اجسام بسیار کوچک و فرآیندهای فوق العاده سریع اکنون در نور جدیدی دیده می شوند. ابزار دقیق پیشرفته زمینه های تحقیقاتی ناشناخته و بسیاری از کاربردهای صنعتی و پزشکی را باز می کند. آرتور اشکین موچین های نوری را اختراع کرد که ذرات، اتم ها، ویروس ها و سایر سلول های زنده را با انگشتان پرتو لیزر خود می گیرند. این ابزار جدید به اشکین اجازه داد تا یک رویای قدیمی از داستان های علمی تخیلی را تحقق بخشد - استفاده از فشار تابش نور برای حرکت دادن اجسام فیزیکی. او موفق شد نور لیزر را برای فشار دادن ذرات کوچک به سمت مرکز پرتو و نگه داشتن آنها در آنجا بدست آورد. موچین های نوری اختراع شده بود. یک پیشرفت بزرگ در سال 1987 رخ داد، زمانی که اشکین از موچین برای گرفتن باکتری های زنده بدون آسیب رساندن به آنها استفاده کرد. او بلافاصله شروع به مطالعه سیستم‌های بیولوژیکی کرد و موچین‌های نوری اکنون به طور گسترده برای بررسی ماشین‌های زندگی استفاده می‌شوند. جرارد مورو و دونا استریکلند راه را برای کوتاه‌ترین و شدیدترین پالس‌های لیزری که تا به حال توسط بشر ایجاد شده است هموار کردند. مقاله انقلابی آنها در سال 1985 منتشر شد و پایه تز دکترای استریکلند بود. آنها با استفاده از روشی مبتکرانه موفق به ایجاد پالس های لیزری فوق کوتاه با شدت بالا بدون تخریب شدند.

مواد تقویت کننده ابتدا پالس های لیزر را به موقع کشاندند تا حداکثر توان آنها را کاهش دهند، سپس آنها را تقویت کردند و در نهایت آنها را فشرده کردند. اگر یک پالس در زمان فشرده شود و کوتاه‌تر شود، نور بیشتری در همان فضای کوچک جمع می‌شود - شدت پالس به‌طور چشمگیری افزایش می‌یابد. تکنیک تازه اختراع شده استریکلند و مورو، به نام تقویت پالس چیرپ، CPA، به زودی برای لیزرهای با شدت بالا بعدی استاندارد شد. کاربردهای آن شامل میلیون ها عمل جراحی اصلاحی چشم است که هر ساله با استفاده از تیزترین پرتوهای لیزر انجام می شود. حوزه های بی شماری از کاربرد هنوز به طور کامل کشف نشده اند. با این حال، حتی اکنون نیز این اختراعات مشهور به ما اجازه می‌دهند تا با بهترین روحیه آلفرد نوبل در جهان خرد بگردیم - برای بیشترین سود برای نوع بشر.

سومین زن برنده جایزه نوبل فیزیک

دونا استریکلند، تنها سومین زن برنده جایزه نوبل فیزیک، گفت: "ما باید از زنان فیزیکدان تجلیل کنیم زیرا آنها آنجا هستند."

جایزه نوبل فیزیک 2018

پالس های نوری چیست؟

دانشمندان همیشه برای ایجاد لیزرهای قوی‌تر تلاش می‌کردند، اما در اواسط دهه 1980 به دیوار برخورد کردند: آنها نمی‌توانستند بدون از بین بردن چیزی که پرتو را تقویت می‌کرد، قدرت را افزایش دهند.

سپس دونا استریکلند از کانادا و جرارد مورو فرانسوی، که جایزه نوبل روز سه‌شنبه را نیز به اشتراک گذاشتند، تکنیکی به نام تقویت پالس صدای جیک را ابداع کردند که به دانشمندان اجازه می‌دهد در عین حفظ شدت شدت، به تقویت قدرت ادامه دهند.

این کار با کشش یک پالس لیزر فوق کوتاه در زمان، تقویت آن و فشرده کردن مجدد آن به هم کار می‌کند و کوتاه‌ترین و شدیدترین پالس‌های لیزری را ایجاد می‌کند که جهان تاکنون دیده است.

متداول ترین استفاده ای که از این پیشرفت حاصل شده است - تا کنون - جراحی اصلاحی چشم است.

ماسگریو گفت، اما همچنین راه را برای دانشمندان باز کرد تا مرزهای قدرت لیزر را ادامه دهند و به آنها اجازه داد تا شرایط شدیدی را برای درک چگونگی تولید میدان های مغناطیسی در فضا و چگونگی آن در هسته یک سیاره ایجاد کنند.

پالس ها نیز اکنون بسیار سریع هستند - به سرعت صد آتوثانیه، یک میلیاردم یک میلیاردم ثانیه - آنها اسرار الکترون ها را فاش کرده اند.

بعدش چی؟

Mourou برنده نوبل قدرت لیزر را تقویت نکرده است. او توسعه زیرساخت نور شدید را آغاز کرده و رهبری کرده است، که دارای سه سایت در سراسر اروپا است و انتظار می‌رود تا چند سال دیگر تکمیل شود.

حداکثر توان لیزر آن 10 پتاوات است که معادل یک فلاش بسیار کوتاه از صد هزار میلیارد لامپ است.

پالس ها چقدر قوی و چقدر کوتاه می شوند؟ برخی لیزر آینده 100 پتاوات یا بیشتر، یا به سرعت زپتوثانیه - یک تریلیونم یک میلیاردم ثانیه را پیش بینی می کنند.

پیش‌بینی اینکه چگونه می‌توان از چنین لیزرهایی استفاده کرد دشوار است، اما دانشمندان امیدوارند که آنها به نابودی زباله‌های هسته‌ای، از بین بردن سلول‌های سرطانی، کشف فیزیک کوانتومی، پاکسازی زباله‌های فضا و حتی تبدیل شدن به یک منبع انرژی پاک جدید کمک کنند.

لنز تاریخی: دانش‌آموزان OSC از برنده جایزه نوبل، دونا استریکلند سؤال می‌پرسند

به زودی ...

آرتور اشکین

آرتور اشکین برنده جایزه نوبل و عضو افتخاری OSA ، که به خاطر کارهای پیشگام خود در ایجاد موچین های نوری معروف است ، در 2 سپتامبر 1922 متولد شد. وی لیسانس B.A دریافت کرد. در فیزیک از کالج کلمبیا در سال 1947 و دکترای تخصصی اشکین از سال 1942 تا 1945 در آزمایشگاه پرتوی کلمبیا در ارتش و در آزمایشگاههای AT&T بل از سال 1952 تا 1991 در فیزیک هسته ای کار کرد. در آزمایشگاههای بل ، اشکین در مورد مایکروویو ، اپتیک غیرخطی و به دام انداختن لیزر تحقیق کرد. او با همکارانش ، اولین مشاهده تولید هارمونیک لیزر با موج پیوسته (cw) ، تقویت پارامتری cw ، اثر نور شکستگی را کشف کرد و زمینه اپتیک غیرخطی را در فیبرهای نوری آغاز کرد.

 

پروفسور جرارد مورو

پروفسور جرارد مورو مدیر موسس مرکز علوم نوری فوق سریع در دانشگاه میشیگان بود. به مدت چهل سال ، پروفسور جرارد مورو در زمینه لیزرهای فوق سریع و کاربردهای آنها در رشته های علمی ، مهندسی و پزشکی پیشگام بوده است. او همچنین آغازگر زیرساخت نور شدید (ELI) در اروپا است. او با دانش آموز خود Donna Strickland مخترع تکنیک Chirped Pulses Amplification (CPA) است که امکان تقویت پالس های لیزر فوق کوتاه تا قدرت نوری بسیار بالا (در حال حاضر Petawatt) را با پالس لیزر به طور موقتی و طیفی قبل از تقویت کشیده است.

تاریخچه مختصر لیزر

علم لیزر قبل از اختراع خود لیزر است. آلبرت انیشتین با استفاده از مقاله ای که در آن قانون تابش ماکس پلانک را با استفاده از فرمالیسم مبتنی بر ضرایب احتمال (ضرایب انیشتین) برای جذب ، انتشار خود به خود و انتشار تحریک شده الکترومغناطیسی ، مجدداً قانون تابش ماکس پلانک را ایجاد کرد. تابش.  وجود انتشار تحریک شده در سال 1928 توسط رودولف دبلیو لادنبورگ تأیید شد. در سال 1939 ، Valentin A. Fabrikant اولین پیشنهاد لیزر را ارائه داد. وی شرایط لازم برای تقویت نور را با استفاده از انتشار تحریک شده مشخص کرد. در سال 1947 ، ویلیس E. لمب و RC Retherford انتشار تحریک آشکاری را در طیف هیدروژن یافتند و اولین نمایش انتشار تحریک شده را انجام دادند. در سال 1950 ، آلفرد کاستلر (جایزه نوبل فیزیک 1966) روش پمپاژ نوری را ارائه داد ، دو سال بعد ، توسط بروسل ، کاستلر و وینتر.