2023年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給 Anne L'Huillier 和她的兩位同事 Pierre Agostini 和Ferenc Krausz。就在近日，貝特霍爾德·萊賓格基金會(huì)（Berthold Leibinger Stiftung）授予了這位核物理學(xué)家 Berthold Leibinger 未來(lái)獎(jiǎng)。在一次獨(dú)家采訪中，剛剛獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的 Anne L'Huillier，向我們闡述了阿秒激光脈沖的研究歷程。

Q：L'Huillier教授，如果您在燒烤聚餐時(shí)，有人問(wèn)你是做什么工作的，你會(huì)怎么回答?

L'Huillier：通常我會(huì)說(shuō)，我主要從事激光物理學(xué)和原子物理學(xué)的研究工作。我們的團(tuán)隊(duì)可以用非常非常短的激光脈沖來(lái)照明，從而可以拍攝移動(dòng)速度極快的一些過(guò)程，例如那些涉及電子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。你可以理解為普通相機(jī)的閃光燈的作用。

Q：你說(shuō)的 "非常非常短 "是指...？

L'Huillier：只有幾個(gè)阿秒長(zhǎng)的激光脈沖。

Q：能簡(jiǎn)要的描述一下阿秒嗎?

L'Huillier：其實(shí)這很難描述清楚。我覺(jué)得如果打個(gè)比方可能更容易理解一些：1阿秒對(duì)于1秒來(lái)說(shuō)，就像1秒對(duì)于宇宙的總年齡（140億年）一樣。但我不太確定，這種描述對(duì)你理解阿秒是否真的有幫助。

Q：好吧，可能有一點(diǎn)幫助。

L'Huillier：我們總會(huì)習(xí)慣性的有這樣一種感覺(jué)：阿秒無(wú)法用人們可以理解的時(shí)間去感受。不過(guò)幸運(yùn)的是，我們可以借助數(shù)學(xué)和科學(xué)理論的抽象方法以及實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證它，并由此得知：1阿秒=10-18秒。此外，比思考一個(gè)阿秒的長(zhǎng)度更有趣的問(wèn)題是，我們?yōu)槭裁聪氲玫竭@么小的時(shí)間尺度。

Q：所以，我們?yōu)槭裁葱枰�阿秒長(zhǎng)度的脈沖呢?

L'Huillier：因?yàn)樽匀唤缰械哪承┻^(guò)程如此之快，以至于我們只能借助阿秒光脈沖來(lái)測(cè)量它們，其中最重要的就是電子的運(yùn)動(dòng)。閃光越快，即光脈沖越短，我們就能更近距離地觀察到這個(gè)過(guò)程。現(xiàn)在，我的研究小組仍然以拍攝簡(jiǎn)單的原子內(nèi)部和周圍的過(guò)程為主要研究?jī)?nèi)容，因?yàn)檫@更容易實(shí)現(xiàn)。但是，如果我們能在這方面取得進(jìn)一步的進(jìn)展，我們就能觀察到更為復(fù)雜系統(tǒng)中的電子運(yùn)動(dòng)，例如分子中的電子運(yùn)動(dòng)。電子運(yùn)動(dòng)會(huì)引起化學(xué)反應(yīng)�？傆幸惶�，我們能夠測(cè)量到這些初始運(yùn)動(dòng)。

Q：然后呢？

L'Huillier：測(cè)量是實(shí)現(xiàn)控制的第一步。所以從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，我們最大的目標(biāo)是能夠在電子水平上控制化學(xué)反應(yīng)。

Q：控制它，用來(lái)做什么呢？

L'Huillier：我很難預(yù)測(cè)能夠未來(lái)應(yīng)用到哪里或者改變什么，但這就是基礎(chǔ)研究。

Anne L'Huillier 教授在瑞典隆德的研究團(tuán)隊(duì)使用飛秒激光器產(chǎn)生高次諧波光脈沖。然后利用這些脈沖產(chǎn)生阿秒激光脈沖，從而使原子過(guò)程可視化

Q：在1987年的一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，你發(fā)現(xiàn)了高次諧波，這是產(chǎn)生阿秒脈沖的先決條件。

L'Huillier：是的，那是一個(gè)令人愉快的巧合。當(dāng)你發(fā)現(xiàn)一些讓你意想不到的事情的時(shí)候，這就是最棒的事情！這意味著有些事情等待你去解決。當(dāng)時(shí)我們真正想做的是用強(qiáng)激光轟擊惰性氣體，并研究熒光效應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在這個(gè)過(guò)程中觀察到的最強(qiáng)的光并不是熒光，而是激光頻率的高次諧波，這個(gè)發(fā)現(xiàn)改變了我的科研生涯。有了高次諧波的產(chǎn)生，就有可能產(chǎn)生阿秒脈沖。這就是我現(xiàn)在仍在做的事情。

Q：有沒(méi)有可能至少在腦海中形成一幅高次諧波產(chǎn)生的畫(huà)面?

L'Huillier：是的！我有一個(gè)比阿秒和宇宙年齡更好的比較。如果你用一把弓穿過(guò)小提琴的琴弦，你不僅會(huì)得到純音（純音頻率），還會(huì)得到其他頻率。在音樂(lè)中，這些頻率被稱為泛音，它們賦予了音色，泛音也被稱為諧波。在特定條件下，將氣體暴露在飛秒激光脈沖下，也會(huì)發(fā)生類似的情況，它創(chuàng)造了波長(zhǎng)更短的新激光頻率。可以說(shuō)，高次諧波就是激光物理中的泛音。

Q：高次諧波光脈沖能做什么呢？

L'Huillier：你可以用它們來(lái)產(chǎn)生阿秒脈沖，但它們本身也很有用。我們目前正在與一家半導(dǎo)體行業(yè)的光刻和計(jì)量設(shè)備制造商合作，利用高次諧波來(lái)檢測(cè)半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)。對(duì)于像我這樣從事基礎(chǔ)研究的人來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常具體化的項(xiàng)目。我很驚訝也很高興，我們的工作對(duì)社會(huì)有用。

Anne L'Huillier教授幫助建立了阿秒激光物理學(xué)。這項(xiàng)工作可能很快就會(huì)照亮電子的世界。

Q：您的研究對(duì)激光技術(shù)的發(fā)展是否也有推動(dòng)作用？

L'Huillier：當(dāng)然，在過(guò)去的幾十年里，我們?cè)诎⒚胛锢矸矫娴难芯抗ぷ鞑粩鄦�發(fā)激光制造商開(kāi)發(fā)出新的、更好的超短脈沖激光器。當(dāng)然，我們也受益于更好的光束源。初始激光源越好，高次諧波就越好，越能夠產(chǎn)生阿秒脈沖。對(duì)我們來(lái)說(shuō)，這將帶來(lái)進(jìn)一步的技術(shù)進(jìn)步，例如 USP 激光技術(shù)領(lǐng)域新診斷和測(cè)量方法，換句話說(shuō)，我們不斷激勵(lì)彼此。但除了這些令人愉快的側(cè)面影響之外，我的工作中還有一些對(duì)我來(lái)說(shuō)非常重要的東西。

Q：還有什么對(duì)你來(lái)說(shuō)是非常重要的？

L'Huillier：我是一名研究員，但也是一名教師。這意味著我可以教一群聰明的年輕人，看著他們成長(zhǎng)，豐富閱歷，我認(rèn)為這是我最大的貢獻(xiàn)。

Anne L'Huillier簡(jiǎn)介

Anne L'Huillier（安妮•呂利耶），1958年生于巴黎，法國(guó)物理學(xué)家，現(xiàn)為隆德大學(xué)原子物理學(xué)教授。她是建立阿秒物理學(xué)研究領(lǐng)域的關(guān)鍵人物之一，獲得了無(wú)數(shù)獎(jiǎng)項(xiàng)。今年早些時(shí)候，她獲得了 Berthold Leibinger 未來(lái)獎(jiǎng)，以表彰她的研究成就，僅僅幾天后，她與 Pierre Agostini 和 Ferenc Krausz 一起被授予2023年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

文章來(lái)源：通快激光

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