【諾獎深度解讀】獲得物理學獎的CPA 原來是激光放大器啊
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10月2日，2018年的諾貝爾物理學獎授予了Arthur Ashkin 、Gérard Mourou和Donna Strickland，以表彰他們在激光物理領域的突破性發明。其中，Arthur Ashkin的卓越貢獻是發明了光鑷並把它應用在生物系統中，Gérard Mourou和Donna Strickland因發明產生超短超強激光脈衝的啁啾脈衝放大技術而獲獎。
那麼，什麼是啁啾脈衝放大技術？它的發明對激光物理有怎樣的意義？大院er邀請了
中國科學院物理研究所從事超短超強激光研究的魏志義研究員
，為大家帶來深度解讀。
革命性地推動了激光強度的進展
啁啾脈衝放大，即CPA技術，可以說它的發明革命性地推動了激光強度的進展，
使人們所能得到的激光強度在不到10年的時間裡，提高了6-7個數量級，
並由此帶來了許多應用學科的發展及出現，如化學、生物學、物理學等學科中的超快動力學研究、特殊材料的精密加工、超快電子衍射等。可以說從CPA發明以來，就成為了最具有學科創新能力的手段之一。
隨著激光強度的不斷超快提高，科學家們利用CPA技術，能夠在實驗室實現瞬態的超強電場、超強磁場、超高加速梯度、超高等離子體密度、超高壓強等一系列極端物理現象，開創並促進了強場物理、原子分子物理、加速器物理、核物理、天體物理、粒子物理等學科與激光的交叉和發展。
CPA是如何將激光放大的？
CPA的基本原理是：
採用持續時間僅為皮秒（萬億分之一秒）或飛秒（千分之一飛秒，也就是千萬億分之一秒）量級的脈衝激光做種子的激光放大技術，這種種子脈衝也稱之為超短或超快激光。如果將激光直接放大，由於激光介質的飽和效應及高強度引起的元器件損壞，將會遭遇不可逾越的瓶頸問題。CPA技術巧妙地先將利用展寬器將種子脈衝展寬數千甚至數萬倍，從而
大大降低了激光峰值功率
，這樣在隨後的放大中，激光能量能夠安全地得到放大提高。最後當激光能量放大到一定的結果後，採用與展寬器色散相反的壓縮器，放大激光的脈衝被壓縮回與種子脈衝接近的持續時間。我們知道激光的峰值功率是能量與持續時間的比值，這樣由於放大能量及壓縮脈寬的雙重作用，激光的峰值功率就得到大大提高了。
CPA技術的原理示意圖
CPA技術的發明，突破了提高激光強度的瓶頸，自此全世界許多實驗室開展起了基於該技術的超快超強激光研究，新的進展及突破層出不窮，並也開發出相應的激光新產品，促成了一些專業公司的創立，為許多應用研究提供了重要的手段。
我國在激光物理學領域的研究現狀
國內在超快激光技術領域具有較強的基礎，CPA發明後僅僅幾年時間，中科院西安光機所、天津大學等單位在侯洵院士領銜的「攀登計劃」支持下，就開展了該技術的實驗研究。
近年來，中科院物理研究所、上海光機所及中國工程物理研究院等單位在科技部、863及基金委等部門的支持下，經過多年系統深入的研究，相繼取得了突破世界紀錄的結果。如
上海光機所去年取得的10PW的峰值功率，是目前基於CPA技術所見報導的最高峰值功率
，我國科學家取得的相關成果，已在國際上形成重要影響，也極大地提高了我國在該領域的國際地位。
上海超強超短激光實驗裝置大廳
本次諾獎的獲得者Gérard Mourou教授也曾先後多次訪問中科院西安光機所、物理研究所、上海光機所、上海交通大學等單位並做學術報告。
超強超短激光研究未來展望如何？
30多年來，CPA技術引發的超短超強激光研究正在蓬勃發展，目前國際上不僅有多台正在建設中的10PW級超短超強激光裝置，而且歐盟及俄羅斯還在規劃200PW裝置的建設。這些裝置建成後，可望得到近
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的超高強度，開展更加激動人心的物理研究工作：如許多相對論下的物理問題及核爆及恆星中心才有的物理現象。實際上，1999年諾貝爾化學獎、2005年諾貝爾物理學獎也是與這一領域相關的成果，
人們預測未來在超快超強激光領域，還會產生新的諾貝爾獎。
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作者單位：
中國科學院物理研究所
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