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阿秒激光研究获2023年度诺贝尔物理学奖

10月3日,瑞典皇家科学院宣布,将2023年诺贝尔物理学奖授予美国俄亥俄州立大学名誉教授皮埃尔·阿戈斯蒂尼(Pierre Agostini)、德国马克斯·普朗克量子光学研究所教授费伦茨·克劳斯(Ferenc Krausz)和瑞典隆德大学教授安妮·呂利耶(Anne L’Huillier),以表彰他们在“产生阿秒光脉冲以研究物质中电子动力学的实验方法”方面所做出的贡献。其中,安妮·呂利耶为第五位获得诺贝尔物理学奖的女性。

阿秒激光研究获2023年度诺贝尔物理学奖

图1 2023年诺贝尔物理学奖获得者。美国俄亥俄州立大学名誉教授皮埃尔·阿戈斯蒂尼(Pierre Agostini)(左)、德国马克斯·普朗克量子光学研究所教授费伦茨·克劳斯(Ferenc Krausz)(中)和瑞典隆德大学教授安妮·呂利耶(Anne L’Huillier)(右)。

01

Pierre Agostini

皮埃尔·阿戈斯蒂尼(Pierre Agostini),1968年获得法国艾克斯-马赛大学博士学位,现为美国俄亥俄州立大学名誉教授,因发明了用于表征阿秒光脉冲的 RABBITT(通过双光子跃迁干涉重建阿秒跳动)技术而闻名。2001年,皮埃尔·阿戈斯蒂尼成功地产生并研究了一系列连续的光脉冲,其中每个脉冲仅持续250阿秒。

阿秒激光研究获2023年度诺贝尔物理学奖

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阿秒激光研究获2023年度诺贝尔物理学奖

阿秒激光研究获2023年度诺贝尔物理学奖

图2 Pierre Agostini代表性文章。P. Agostini, F. Fabre, G. Mainfray, G. Petite and N. K. Rahman. Free-free transitions following six-photon ionization of Xenon atoms. Physical Review Letters, 1979, 42(17): 1127.

02

Ferenc Krausz

费伦茨·克劳斯(Ferenc Krausz),1962年出生于匈牙利,1991年获奥地利维也纳工业大学博士学位。2003年,被任命为马克斯·普朗克量子光学研究所主任,2004年,成为慕尼黑路德维希·马克西米利安大学实验物理学主任。2006年,共同创立了慕尼黑先进光子学中心,并开始担任其董事之一。

2001年,费伦茨·克劳斯的研究团队产生并测量了第一个阿秒光脉冲(650阿秒的单个光脉冲),并用它来捕捉原子内部电子的运动,标志着阿秒物理的诞生。Krausz及其团队对飞秒脉冲波形进行控制并由此产生的可重复的阿秒脉冲,从而建立阿秒测量技术,是当今实验阿秒物理的技术基础。如今正在使用飞秒激光技术,作为阿秒测量技术的基础,进一步开发用于生物医学应用的红外光谱,用于检测人类的健康和早期疾病筛查。2022年,获得了沃尔夫物理奖和BBVA基金会基础科学知识前沿奖。

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图3 Ferenc Krausz代表性文章1(首页)。Ferenc Krausz and Misha Ivanov. Attosecond physics. Reviews of Modern Physics, 2009, 81(1): 163.

阿秒激光研究获2023年度诺贝尔物理学奖

图4 Ferenc Krausz代表性文章2(首页)。Thomas Brabec and Ferenc Krausz. Intense few-cycle laser fields: Frontiers of nonlinear optics. Reviews of Modern Physics, 2000, 72(2): 545.

03

Anne L’Huillier

安妮·呂利耶(Anne L’Huillier),1958年出生于法国巴黎,在高等师范学院修读本科,主修数学和物理;在瑞典和美国进行博士后研究。1986年获得法国萨克莱核研究中心实验物理学博士学位。1986-1995年,在法国萨克莱核研究中心担任研究人员。

1987年,安妮·呂利耶参与了产生第一个产生高阶谐波、形成阿秒脉冲的实验,对理论描述的贡献很大,也进行了一系列进一步的实验来加深对过程的理解。研究发现,当通过惰性气体传输红外激光光线时,会产生许多不同的光波谐波。每个谐波都是具有激光光线每个周期一定数量的循环的光波。它们由激光光线与气体中的原子相互作用引起,使得一些电子获得额外的能量,然后以光的形式发射出来。安妮·呂利耶一直在探索这一现象,为随后的突破奠定了基础。1992年,在隆德参加安装了欧洲第一批飞秒脉冲钛蓝宝石固态激光系统之一。1995年,安妮·呂利耶迁居至瑞典,担任隆德大学物理系讲师并于1997年被评为教授。

2003年,带领团队产生了170阿秒的脉冲激光,打破了世界纪录。有趣的是,安妮·呂利耶在2007-2015年期间还担任过诺贝尔物理学委员会的成员。自2004年以来一直是瑞典科学院院士,后来在2018年当选美国国家科学院外籍院士。2021年,因“在超快激光科学和阿秒物理方面的开创性工作,实现和理解高谐波产生并将其应用于原子和分子中电子运动的时间分辨成像”而被授予美国光学学会马克斯·伯恩奖。在2022年,除了获得了沃尔夫物理奖以外,还被授予BBVA基金会基础科学知识前沿奖。

阿秒激光研究获2023年度诺贝尔物理学奖

图5 Anne L’Huillier代表性文章(首页)。Anne L’Huillier and Ph. Balcou. High-order harmonic generation in rare gases with a 1-ps 1053-nm laser. Physical Review Letters, 1993, 70(6): 774.

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