诺贝尔奖获得者为高强度激光铺平道路

　　在成长过程中，唐娜·斯特里克兰德（Donna Strickland）心中只有一个目标：获得博士学位。但她不知道自己想攻读什么科目，直到她在加拿大安大略省汉密尔顿的麦克马斯特大学开始物理本科学习。正是在那里，她在参加有关该主题的课程后对研究激光产生了兴趣。

　　这个话题看起来“真的很酷——就像科幻小说中的东西，”斯特里克兰说。她几乎不知道，她新发现的激情有一天会为她赢得诺贝尔物理学奖。

　　斯特里克兰在纽约罗切斯特大学攻读博士学位期间，与激光先驱、诺贝尔奖获得者法国物理学家热拉尔·穆鲁（Gérard Mourou）合作。Mourou领导了物理实验室的极光基础设施网络的发展，该网络旨在产生和研究强激光。在试验如何在不损坏激光器的情况下增加激光器的峰值功率时，他们一起发明了啁啾脉冲放大技术。CPA产生达到高强度的短激光脉冲，现在用于矫正眼科手术，医学成像，智能手机制造以及更多应用。

　　斯特里克兰和穆鲁与IEEE终身研究员亚瑟·阿什金（Arthur Ashkin）分享了2018年诺贝尔物理学奖，后者发明了一种单独的技术：“光学镊子”，它使用低功率激光束来操纵活细胞和其他微小物体。

　　获得诺贝尔奖“改变了生活”，斯特里克兰说，并补充说，“你的生活可以在一天内改变，而你还没有准备好。

　　她的发明也为她赢得了今年由IEEE赞助的IEEE荣誉会员资格。她说，这种认可很特别，因为她的同事提名了她。

　　“唐娜的工作具有变革性。她对啁啾脉冲放大的开创性研究是研究的黄金标准，“她的一位奖项代言人说。“此外，她是世界各地大批工程师的真正榜样。她是一个非常乐于奉献的人，也是IEEE荣誉会员应该是什么的光辉榜样。

　　斯特里克兰是安大略省滑铁卢大学的物理学教授，她领导着一组研究人员，正在开发用于非线性光学研究的高强度激光系统，例如通过差频混合产生中红外脉冲和研究多频拉曼发生技术。

　　为高强度激光铺平道路

　　斯特里克兰于1981年从麦克马斯特大学获得物理学学士学位后，搬到纽约，在罗切斯特大学攻读光学博士学位，当时该大学被认为是研究激光光学的顶尖学校之一。她加入了Mourou在该大学的激光能量学实验室，在那里他正在寻找在不损坏设备的情况下增加激光强度（光功率）的方法。

　　脉冲激光器可以在短时间内将光聚焦到一个小区域以产生功率。在物理学家西奥多·迈曼（Theodore Maiman）于1960年展示了第一台激光器后，峰值强度在几年内迅速增加。但是在1970年之后，强度稳定了十多年，因为将光放大超过某个点会损坏激光。

　　在关于光如何与物质相互作用的研究中，Mourou在1983年假设，在将它们重新组合在一起之前间隔和增加脉冲可以产生更高强度的激光脉冲而不会造成损害。但他不知道如何完成它，斯特里克兰说。因此，在她的博士研究中，她用不同的激光系统测试了他的假设。然而，她的实验都没有奏效。

　　直到斯特里克兰德和穆鲁参加了1984年的超快现象国际会议，他们才找到了解决方案。这项一年两次的活动汇集了正在开发工具、方法和技术的科学家，这些工具、方法和技术用于研究原子、分子或材料中以百万分之一秒或更快的速度发生的过程。

　　Strickland和Mourou在会议上参加了关于新开发的掺钕钇铝石榴石（Nd：YAG）激光器光纤脉冲压缩的演讲。通过该技术，可以使用光纤中的非线性光学器件将100皮秒脉冲压缩到1 ps，以增加激光器的光谱带宽。结果发现，当脉冲被允许通过纤维中的分散拉伸时，压缩最成功。

　　“我在实验中使用相同的激光器，”斯特里克兰回忆道。

　　她和Mourou想出了如何安全地创造高强度脉冲：脉冲在被放大之前需要拉伸，而不是像以前那样在之后拉伸。拉伸脉冲意味着它可以被重新压缩以产生所需的强度。

　　为了验证她的理论，Stickland和Mourou在激光能量学实验室建立了一个系统，该系统由2瓦Nd：YAG激光器，1.4公里的光纤，放大器和一对平行光栅组成。

　　Nd：YAG激光器将100 ps的短脉冲泵入光纤。由于光的速度取决于波长，因此光的红色分量比光纤内的蓝色分量传播得更快。

　　斯特里克兰说，这被称为“啁啾脉冲”，因为鸟的啁啾具有类似的频率结构。

　　啁啾脉冲使脉冲的持续时间更长，并分散强度，使其不会损坏激光。然后，拉伸的低能量密度脉冲被放大并通过一对平行衍射光栅 - 这使得尾随的蓝色分量赶上红色分量。两者都通过光栅反射重新组装。重新组装的脉冲比原来的脉冲强大三倍，Stickland说。

　　该技术以啁啾脉冲命名，为有史以来最短和最强烈的激光脉冲铺平了道路，使构建更紧凑和精确的激光系统成为可能。

　　斯特里克兰和穆鲁1985年的论文“压缩放大的啁啾光脉冲”发表在《光学通信》上。这是斯特里克兰发表的第一篇研究论文。

　　从普林斯顿到滑铁卢

　　在帮助发展注册会计师之后，斯特里克兰仍然不确定该追求什么职业道路。她向同事寻求建议，其中一位告诉她，在加拿大国家研究委员会超快现象部门工作的物理学家保罗·科库姆（Paul Corkum）在那一年获得了他的第一个博士后研究员。专门研究激光科学的Corkum开创了阿秒物理学的发展。思特里克兰喜欢这种声音。

　　“我记得我告诉研究实验室的其他博士候选人，科库姆可能还不知道我的名字，但我将成为他的第二个博士后，”她说。她在1988年找到了梦寐以求的工作，并为他工作了三年。

　　1991年，她成为劳伦斯利弗莫尔国家实验室的物理学家，该实验室是美国能源部位于加利福尼亚州的设施。

　　当她住在西海岸时，她的丈夫，一位物理学家，住在东海岸，在新泽西州默里希尔的贝尔实验室工作。

　　在分开一年后，斯特里克兰搬到了新泽西州，加入了普林斯顿光子学和光电材料先进技术中心的技术人员。她说，她在那里与电气工程师、机械工程师和化学家一起工作，“如果他们有激光，我就会帮助他们。她帮助一位教授构建了CPA激光器，并协助一个研究小组对一种新的脉冲放大材料进行非线性光学表征。

　　斯特里克兰说，她以为她会在普林斯顿工作，直到她退休，但在她的丈夫于1996年离开贝尔实验室后，他们回到了加拿大。斯特里克兰加入滑铁卢大学物理系担任助理教授。2002年晋升为副教授。从2007年到2013年，她担任该系的副主任。

　　“当我年轻的时候，我只想获得博士学位并留在学校，”斯特里克兰说。“当教授是仅次于做学生的好事。”