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2018-10-11 21:37 |
變激光為工具
今年的諾貝爾物理學(xué)獎被授予3位在設(shè)計由光制成的工具方面作出重要貢獻(xiàn)的研究人員。來自美國紐約含德市貝爾實(shí)驗(yàn)室的阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin）因發(fā)明光鑷而獲得這一殊榮。光鑷是一種利用聚焦激光束夾住和操控包括生物樣本在內(nèi)的微觀物體的技術(shù)，正如人們利用鑷子所做的事情。來自法國巴黎綜合理工學(xué)院的熱拉爾·穆魯（Gérard Mourou）和加拿大滑鐵盧大學(xué)的唐娜·斯特里克蘭（Donna Strickland）因發(fā)明啁啾脈沖放大（CPA）而獲獎。CPA是一項(xiàng)可極大提高激光脈沖功率的技術(shù)，被廣泛用于物理學(xué)研究，也可以應(yīng)用于癌癥治療和粒子加速領(lǐng)域。 4
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光鑷通過利用聚焦的激光束對微小物體施加非常小的力，從而將物體夾住。激光束被塑造成“楊柳腰”形狀，而“腰部”擁有強(qiáng)大的電場梯度。如果物體是在電場中被極化的介電材料，它將感受到朝向最強(qiáng)電場區(qū)域——激光束中心的力。在垂直方向上，激光束的光子對物體施加壓力從而將其夾起來。盡管上世紀(jì)80年代初阿什金最初打算利用該技術(shù)操控原子，但他很快將目光轉(zhuǎn)向更大的粒子以及隨后的生物體，包括病毒和活體細(xì)胞。其他人利用該技術(shù)闡明了鞭毛如何發(fā)揮作用以推動細(xì)菌和其他分子馬達(dá)，并且解決了馬達(dá)RNA聚合酶—— 一種在基因轉(zhuǎn)錄過程中將DNA拷貝成mRNA的技術(shù)——如何沿著DNA產(chǎn)生單堿基對步驟。研究人員甚至利用光鑷制造微觀反射鏡。 RHxd6G s"
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20世紀(jì)80年代，在羅切斯特大學(xué)工作的穆魯和斯特里克蘭試圖增加激光脈沖的功率，因?yàn)榧す饷}沖自上世紀(jì)60年代中期以來增長緩慢。問題是高能脈沖損壞了用于放大過程的材料。在形成斯特里克蘭博士論文的工作中，她和穆魯從雷達(dá)技術(shù)中獲得了靈感。他們首先將激光脈沖的時間延長了幾個數(shù)量級，從而降低了其峰值功率，然后通過放大器傳遞被拉伸的脈沖，最后及時地再次壓縮脈沖，以產(chǎn)生功率大大增強(qiáng)的短脈沖。 xP*R
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