编者按
Gérard Mourou于1973年在法国巴黎第六大学（Pierre and Marie Curie University）获得博士学位。他和他的学生Donna Strickland共同发明了啁啾脉冲放大（Chirped Pulse Amplification, CPA）技术，并分享了2018年诺贝尔物理学奖。这项技术推动了超快激光在眼科手术、精密加工、粒子物理学和核聚变等领域中的广泛应用。此外，Gérard Mourou还是美国密歇根大学超快光学科学中心（Center for Ultrafast Optical Science, CUOS）的创始人和欧洲极端光学基础设施（Extreme Light Infrastructure, ELI）的发起人。
6月，Gérard Mourou接受了High Power Laser Science and Engineering(HPL) 主编Colin Danson的邀请以及编委常国庆的采访。在访谈中，他谈到了如何与超快激光结缘，在漫长的研究生涯中，CPA技术、光学成丝现象、眼科的飞秒激光手术等等那些著名的激光技术是如何在电光石火间被发明/发现的。“Love what you are doing”Gérard Mourou的一生与激光紧密联系在一起，对科研的热爱是他不断突破的动力与源泉。
常国庆：在您早期的职业生涯中，是如何对超快科学产生兴趣的？
Gérard Mourou: 在拿到博士学位后，我前往美国加州大学圣地亚哥分校（University of California-San Diego , UCSD），跟随Michael Malley教授做了一年的博士后。在那期间，需要用一台具有皮秒分辨能力的信号测试系统，测量液体中原子或分子的运动。我被这套测量系统深深吸引，认为这样的实验非常优雅。在此投入了很多精力，利用CS2在红外波段的双折射特性，设计了一个高速快门（如今被称为Duguay shutter），用于捕获分子运动。
常国庆：您在1977年移居美国，成为美国罗切斯特大学（University of Rochester）光学研究所的教授。在研究所工作期间，您发明了超快科学领域的几项突破性技术，包括您的诺贝尔奖成果——CPA技术。当时，是什么促使您致力于研究高峰值功率的激光脉冲？
Gérard Mourou：来到罗切斯特大学的激光能量实验室（Laboratory for Laser Energetics , LLE）后，我开展了激光核聚变研究。在这项研究里，需要用到高速条纹相机，其中触发信号决定了条纹相机的时间分辨能力和测量精度。我和我的第一个研究生Wayne Knox发明了一种单发抖动极小、基于光脉冲的触发方案，这项工作成功用于激光核聚变研究中，从此我完全投身到超快光学领域的研究。短激光脉冲有潜力在极短的时间内产生巨大的能量，一直以来我都对其很感兴趣。仅仅通过压缩脉冲就可以产生高功率的激光脉冲，其功率是核电厂的10倍！这令我非常着迷。此外，超高功率的激光脉冲在诸如极端等离子体物理等领域中非常有用。
常国庆：在第一次CPA实验中，您和Donna Strickland使用光纤展宽放大前的脉冲，以及Treacy光栅来压缩放大后的脉冲，但这样的脉冲展宽器-压缩器组合并不能实现色散的完美匹配。您是如何发现Martinez光栅对与Treacy光栅对是可以完美匹配的？
Gérard Mourou: 我们在1985年实验验证了CPA这一技术方案，产生了脉冲能量在毫焦级的超短脉冲。在最初的实验中，我们采用的光纤脉冲展宽器件提供正二阶色散，高阶色散无法与Treacy脉冲压缩器匹配。由于存在色散失配，用这种压缩器件压缩的放大脉冲上会有明显的基座。因此，想要找到能够实现色散完美匹配的展宽器-压缩器组合，这件事情一直困扰着我，直到Oscar Martinez的一篇论文给了我巨大的启发。当时我正与妻子Marcelle在户外滑雪。在缆车上，我仔细思考着Oscar Martinez的论文：他提出了一种由光栅对和一对透镜组成的脉冲压缩器件。不像Treacy压缩器总是提供负二阶色散，Martinez压缩器可以提供负二阶色散或正二阶色散。我突然意识到，正二阶色散的Martinez压缩器如果用来展宽脉冲，那么展宽后的脉冲可以用Treacy压缩器完美压缩。我立刻停止了滑雪，快速回到实验室，让学生赶紧实验验证这个想法。不久，他们就证明了Martinez展宽器可以将80 fs的脉冲展宽1000倍，随后的Treacy压缩器能够以相同的倍率重新压缩该脉冲。这种展宽器-压缩器组合成为目前CPA系统中的标准配置。
常国庆：您是如何意识到CPA技术可以产生具有拍瓦级峰值功率的激光脉冲？
Gérard Mourou: 我们在LLE有一台脉冲能量达千焦级的激光系统。事实上，只要将其脉冲压缩到皮秒级，就能够得到峰值功率达到拍瓦级的脉冲激光，这是一件很自然的事情。
Gérard Mourou: 确实，我起初想过为CPA技术申请专利。然而当时在罗切斯特大学，专利律师并不认可CPA技术的重要价值。那时我还只是一个年轻的科研工作者，也没有继续推进这件事。离开罗切斯特大学到密歇根大学任教后，就更难为自己在罗切斯特大学做出的成果申请专利了。
常国庆：1988年，您前往密歇根大学，并于1990年成立了CUOS，这是一个由美国自然科学基金委资助的科学技术中心。我记得CUOS的一个使命是“将大科学带入实验室”。您可以解释一下这个使命的含义吗？
Gérard Mourou: 这里的大科学指的是大型粒子加速器，事实上，CPA技术可以用于建造紧凑型的粒子加速器。我们可以利用超强激光脉冲获得强大的加速度场，这比传统的粒子加速器效率高1000倍。如果这一计划得以实现，就能将大科学装置搬进实验室中，帮助科研人员探索自然界更多的奥秘。
常国庆：1994年，在CUOS，您的团队发现了被称为“光学成丝”的非线性光学现象，并以此拓展了许多重要的应用。您是如何发现它的？
Gérard Mourou: 激光脉冲光学成丝是一种高功率激光脉冲通过自聚焦效应电离空气的复杂非线性光学现象，这一现象是在实验中偶然发现的。
当时，我们希望将超短激光脉冲用于雷达测距，由于激光脉冲很短，因此理论上可以在数千米的范围内实现毫米级的精确测距。在实际应用中，激光脉冲需要在空气中传输很长的距离，所以我必须要考虑激光脉冲在空气中传输的非线性效应。
基于脉冲激光的测距方案有两种：一种是发射短脉冲序列；另一种则是发射展宽后的脉冲，再压缩回波脉冲信号。对于长距离测距，我们认为第二种方案更具优势，因为你无法在短脉冲中注入足够多的能量以保证回波信号的强度。后来，我们开展了比较两种方案优劣的实验。我和同事分别将长脉冲和短脉冲射向目标，发现每当短脉冲射中目标时，总会观察到火花，我们知道这个火花一定是脉冲与目标间相互作用产生的。正是通过这些实验，偶然发现了“成丝”现象。
常国庆：如今，数以千万计的人接受了激光眼科手术——一种需要使用飞秒脉冲的手术。该技术起源于您在CUOS实验室的一次事故。您能讲一讲关于这项技术诞生的故事吗？
Gérard Mourou: 大概30年前，我在密歇根大学测量激光脉冲对材料的损伤阈值。实验过程中，由于激光护目镜挡住了一部分操作视野，我的研究生杜德涛下意识地摘掉了护目镜，于是被飞秒激光脉冲伤到了眼睛，并送往医院。值班的眼科医生Ron Kurtz在他的视网膜上观察到一个“完美的”圆形损伤，这是当时临床使用的其他激光无法实现的。我们那时立刻意识到：飞秒脉冲激光或许能在医学上带来突破性的应用。
常国庆：2005年，您回到法国并主持建造了ELI。是什么促使您创建ELI？
Gérard Mourou: 回到欧洲后，欧洲政府正在寻找科学家主持建造诸如粒子加速器和同步辐射光源一类的大科学装置。基于早年在罗切斯特大学开展的激光核聚变领域的研究，我提出可以建造一个具有超高亮度、超高强度的激光系统，这一想法得到了欧盟的支持。基于这一想法，我提出了建造ELI的构想。
常国庆：在TEDx的演讲中，您提倡基于核裂变的清洁能源。高峰值功率激光器在其中能发挥怎样的关键作用？
Gérard Mourou: 核裂变的某些产物具有极强的放射性，并且半衰期很长，例如，钚-239的半衰期约为24000年。从理论上讲，高能激光脉冲可以加速这些放射性核废料的裂变，极大缩短它们的半衰期，使核废料嬗变为安全无放射性的物质。此外，基于CPA技术的脉冲激光可以促进裂变的发生，为当前反应堆中的中子轰击提供了一种替代方案。钍是一种重元素，在世界各地探明的储量远远超过铀；从理论上讲，它可以替代核电中的铀。而且钍裂变的副产品的危害更小，半衰期更短，裂变不产生钚，没有用于生产核武器的风险。但与铀裂变相比，钍裂变的难点在于必须首先达到亚临界水平，再利用来自外部的中子引发裂变，高能量超快激光能够在调控发生裂变前的过程中发挥关键作用。
常国庆：2005年，《科学》杂志发表了125个重要问题，其中之一是人类究竟可以制造多强大的激光。18年后，您对这个问题的回答是什么？
Gérard Mourou: 产生更高峰值功率的激光脉冲，关键还是在于发展压缩高能量脉冲的新方法。近年来，我一直在推进一项新的技术：薄膜压缩技术（Thin Film Compression, TFC）。我希望这项技术能够让激光峰值功率达到艾瓦（即1000PW）级别。
常国庆：您能否给处于早期职业生涯的研究人员一些建议？
Gérard Mourou: 我的建议很简单：如果想有所成就，就必须对自己所从事的研究保持真正的热情和动力。激光的发明人Charles Towns也曾说过：“Love what you are doing”。尝试选择一项自己热爱的事业，那么将一定能获得成功！
常国庆：今年High Power Laser Science and Engineering杂志迎来它的十岁生日，您在该期刊发表过两篇论文。您能对读者说几句话吗？
Gérard Mourou: 祝贺期刊十周年快乐！High Power Laser Science and Engineering是一本行业内十分稀缺的期刊。如今的高功率激光行业充满活力，身处在这个行业是一件令人兴奋的事情。如果你正在寻找研究课题，投身于高功率激光行业是一件非常值得的选择，这里还有很大的发展空间，还有很多新鲜事物等待大家去探索和完成。
常国庆，中国科学院物理研究所研究员，本科、硕士毕业于清华大学，2006年于美国密歇根大学获得博士学位。2007年到2011年分别在密歇根大学超快光科学中心和麻省理工学院电子工程系从事博士后工作。2012年获聘德国亥姆霍兹研究员，在德国电子同步辐射国家实验室（DESY）创建了超快激光光学与相干显微技术课题组，担任课题组长（博士生导师），于2016年底获得永久职位。2012年到2017年，任美国麻省理工学院电子工程系客座研究员。2017底到物理研究所全职工作。现担任Optics Express、High Power Laser Science and Engineering等7个学术期刊的编委或特邀编委，主要研究方向为多光子生物医学成像、高功率超快光纤激光和中红外激光频率梳。
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