诺贝尔奖里的激光技术

蓝光LED为什么能获诺奖？今年的诺贝尔物理奖由三位日本科学家共同获得，他们的研究对象是蓝色LED灯，或者叫发光二极管。

蓝色有什么特别之处能够让三位科学家拿到诺奖？因为如果要创造白光LED，蓝色是最后一种必要光源，也是最最难以实现的一种光色。

一旦有了白色LED灯，厂商就能用其制造出智能手机和电脑屏幕，LED灯泡也比之前任何一种灯泡更节能使用时间更长。

LED可以看做是激活状态下可以发光的半导体。

不同的化学成分让LED原件发出不同颜色的光。

50年代和60年代的工程师们创造出了第一批LED。

早期的版本中，有一种是只有浸入液氮浴中才能工作的激光发射装置。

当时的科学家开发出了从红外线发射装置到绿光发射器的所有LED，但就是造不出蓝光LED。

因为当时的实验室还无法制成蓝光LED所需要的晶体。

任何一个现代白光LED灯泡都可以将50%以上的电能转化为光能，而传统白炽灯泡的转化效率只有4%。

除了省钱省电以外，在没有电力供应只能依靠太阳能电池板供电的地区，白光LED灯泡非常具有吸引力，因为这意味着相同的电量，白光LED持续的时间更久，这样晚上孩子也能写作业，天黑以后小生意也能继续经营。

LED灯泡的工作时间可以长达十万小时，节能灯泡的工作时间只有一万小时，白炽灯泡更短——一千小时。

人们可以很简单地用蓝光LED单元制成白光LED灯泡，工程师用蓝光LED激活灯泡中的某种化学物质，这种物质就能将蓝光转化为白光。

三名获奖者中的赤崎勇和天野浩负责研究的是如何制造高质量氮化镓——这是一种在蓝光LED的许多层中都具有的化学物质。

之前的红光和绿光LED使用的是容易制造的磷化镓。

两人合作发现了通过向氮化镓半导体中加入化学物质提高发光效率的办法，制作出了带有多层氮化镓合金的结构。

第三名获奖者中村修二负责研究的也是高质量氮化镓。

他也靠自己的努力制成了氮化镓合金结构。

中村修二和赤崎勇的团队都将继续他们的研究，目的是研制出效率更高的蓝色LED。

谈2018年诺奖中的啁啾脉冲放大技术2018年诺贝尔物理学奖除给了光镊发明者Arthur Ashkin，另一部分给了啁啾脉冲放大技术（CPA）的发明者Mourou先生和他的学生Strickland教授。

既出人意料，也在意料之中。

飞秒激光脉冲的放大，在很长时间内是令人头痛的问题。

主要问题是，极短的脉冲不利于吸收放大介质中的能量，和高峰值功率极易破坏放大器中的光学元器件。

对后者，简单的解决方法是，将脉冲的光束截面扩大，以减少单位面积内的脉冲能量和功率。

可是，面积的扩大可能会带来泵浦能量密度的减少，更不利于吸收增益介质储存的能量。

而且，光束面积的扩大是有限的。

Mourou先生及其学生Strickland，联想到雷达放大技术。

雷达脉冲放大，就是利用雷达脉冲的宽带频谱，把雷达脉冲调制为频域的啁啾（类似鸟的叫声），在时域就是脉冲的展宽，再放大，以避免高峰值功率破坏的。

能不能把这个技术移植到激光脉冲放大呢？因为飞秒激光脉冲本身也对应着非常宽的光谱。

利用色散技术（不同的波长速度不同），将脉冲在时域展宽，然后再放大，不就既能避免放大中的光学损伤，又能更有效地获取增益了吗？接下来的问题是，介质材料的色散实在太小，有限长度内展宽不了多少。

所幸的是，时间已至1980年代中期，光纤技术已经成熟。

用光纤啊！于是，他们就用几公里的光纤，把脉冲展宽到了几百皮秒。

后面的放大就顺理成章了。

因为是利用频率的啁啾将脉冲展宽再放大的，这种技术就被命名为啁啾脉冲放大技术（chirped pulse amplification，CPA）。

放大后，脉冲再压缩原来的宽度。

但是发现，因为高阶色散的失配，光纤展宽后的脉冲再压缩并非完美。

直到光栅脉冲展宽器发明，光纤脉冲展宽器才被淘汰（当然有的场合还在用），脉冲压缩才逐渐完美。

这是后话了。

这个发明可不得了。

飞秒脉冲的峰值功率从原来的千瓦级，一下子就蹿升到了兆瓦（106W），到太瓦（10^12W），直到现在的拍瓦（1015W）【见下图】。

激光之父:1964年诺贝尔物理学奖得主汤斯博士【摘要】汤斯博士，作为激光之父和1964年诺贝尔物理学奖得主，对激光技术的发现和发展做出了重要贡献。

激光技术在现代科学和生活中的应用广泛，涉及医疗、通讯、制造等领域。

汤斯博士的成就不仅限于激光领域，还有其他杰出贡献。

他对激光技术的重要性和潜力进行了深刻的认识，影响着后人的研究和发展。

激光技术具有广阔的前景和应用价值，汤斯博士的影响将长久地延续下去，推动科技进步和社会发展。

【关键词】汤斯博士，激光技术，1964年诺贝尔物理学奖，发现历程，贡献，应用，现代科学，生活，成就，影响，意义，前景，价值，长久延续。

1. 引言1.1 汤斯博士的背景介绍汤斯博士对激光技术的发展作出了巨大贡献，他的研究使得激光技术在科学研究、医学诊断、通信领域等方面得到了广泛应用。

他的成就为全世界的激光科学家树立了榜样。

汤斯博士具有坚韧的毅力和对科学的热爱，他的精神将激励后人继续探索更深层次的科学领域。

汤斯博士除了在激光领域的杰出成就外，还在其他领域有许多突出的表现。

他在工程领域也取得了不少成就，为人们的生活带来了便利。

汤斯博士的影响将会长久地延续下去，激励着新一代科学家继续前行。

1.2 激光技术的重要性激光技术是一种高度先进的技术，已经在现代科学和生活中扮演着重要的角色。

激光具有独特的性质，可以实现高精度、高速度和高效率的操作，使其在各个领域都有广泛的应用。

在医学领域，激光技术被广泛用于手术、治疗和诊断，可以实现微创手术和精准治疗。

在通信领域，光纤通信技术的发展也离不开激光技术的支持，可以实现高速稳定的数据传输。

激光技术还被广泛应用于制造业、材料加工、激光雷达、激光打印等领域，推动着社会的发展与进步。

汤斯博士作为激光之父，对激光技术的发展和应用做出了巨大贡献。

他的研究开启了激光技术的时代，为人类带来了无限的可能性。

随着科技的不断进步，激光技术将继续在各个领域发挥重要作用，为人类社会带来更多的创新和进步。

1999飞秒诺贝尔奖解读飞秒激光的发明者们荣获1999年诺贝尔物理学奖。

本文将解读1999年飞秒诺贝尔奖的背景、意义以及影响，帮助读者更好地了解该领域的重要突破。

1. 诺贝尔奖的背景在探索原子世界和发展精确光学领域的进程中，飞秒激光技术无疑扮演了重要角色。

20世纪后半期，随着科学技术的飞速发展和人类对原子尺度认知的加深，人们对精确测量和控制光的性质的需求也越来越强烈。

然而，传统的光学技术往往不能满足这些需求。

因此，飞秒激光技术的出现标志着光学领域的一次革命。

2. 飞秒激光的突破飞秒激光技术的突破在于其极短的脉冲宽度和高能量密度。

飞秒激光可以将连续的光波转化为极短的光脉冲，这种特殊的脉冲形式使得科学家们可以在极短的时间内实现精确的光学控制。

通过调控飞秒激光的参数，科学家们可以实现对原子和分子的高精度测量以及控制，为材料科学、光谱学等领域的研究提供了重要工具。

3. 飞秒激光在科学研究中的应用飞秒激光技术的出现为科学研究带来了许多前所未有的机会。

在物理学领域，飞秒激光被应用于原子与分子的动态过程研究，如凝聚态物理中的超快光谱学和光纤通信中的超快光学开关。

在生物医学领域，飞秒激光为细胞和组织的高分辨率显微成像提供了可能，并在激光手术、病毒灭活和触发药物释放等方面发挥着重要作用。

4. 飞秒激光技术的未来发展飞秒激光技术的获得诺贝尔奖是对这一领域的重要认可，也为未来的研究和发展打下了基础。

在未来，科学家们将继续探索飞秒激光的潜力，并将其应用于更广泛的领域。

例如，飞秒激光可用于制造微纳米器件、高效能量传输和高密度信息存储等方面，进一步推动科学技术的发展。

5. 结语1999年飞秒诺贝尔奖的授予，标志着飞秒激光技术的重要突破得到了全球科学界的高度认可。

这一突破为光学科学的发展提供了新的方向和可能性，并在多个领域产生了广泛的应用。

我们期待着飞秒激光技术在未来的发展中继续展现出令人惊叹的潜力，为人类的科学研究和生活带来更多的创新和进步。

量子光学之父和精密光谱学大师——2005年诺贝尔物理学奖2005年10月4日，瑞典皇家科学院宣布，将2005年度诺贝尔物理学奖的一半奖金授予美国量子光学家罗伊·格劳伯，以表彰他对光学相干的量子理论做出的贡献；另一半奖金则颁发给美国量子激光学家约翰·霍尔和德国量子光学家特奥多尔·亨施，以表彰他们对基于激光的精密光谱学发展做出的贡献。

罗伊·格劳伯1925年出生于纽约，毕业于美国哈佛大学，1949年获得哈佛大学博士学位，1952年成为哈佛大学助理教授，1956年获得哈佛大学终身教授之职，现仍供职于哈佛母校。

他成为第42个荣获诺贝尔奖的哈佛大学教授。

约翰·霍尔1934年出生于美国丹佛，1961年获卡内基理工学院博士学位，1964年获匹兹堡剑桥技术学院物理学博士学位，现供职于科罗拉多大学，同时兼任美国国家标准和技术研究院高级科学家。

特奥多尔·亨施1941年出生于德国海德堡，1969年获海德堡大学博士学位，目前担任德国马克斯－普朗克学会下属的量子光学研究所所长，同时担任慕尼黑路德维希－马克西米利安大学物理学教授。

光是什么？—光的量子性人类自诞生之日起，就对自身赖以生存的神秘的光产生了浓厚的兴趣。

它的本质是什么？究竟是粒子还是波？18世纪中叶，牛顿认为，光是由很小的物质微粒组成，从发光体发出，犹如一群飞行的子弹，从而建立了光的微粒说。

19世纪中叶，波更斯和菲涅尔等人通过对光的反射、折射、干涉和衍射的广泛研究，认定光是一种波。

之后，麦克斯韦提出了电磁波的理论，认为光本身就是一定波长范围的电磁波。

光就是电磁波，光的量子性，确切地讲应该是电磁场的量子性，这就是量子力学研究的范畴。

德国人普朗克在1900年提出量子假说，并于1906年建立经典量子论的理论基础，即能量只能取某一基本量（即能量子或作用量子）的整倍数，这一作用量子也称普朗克常数（h），是微观世界的基本标志。

1964年诺贝尔物理学奖——微波激射器和激光器的发明1964年诺贝尔物理学奖一半授予美国马萨诸塞州坎布里奇的麻省理工学院的汤斯（Charles H.Townes，1915—），另一半授予苏联莫斯科苏联科学院列别捷夫物理研究所的巴索夫（Nikolay G.Basov，1922—）和普罗霍罗夫（Aleksandr M.Prokhorov，1916—），以表彰他们从事量子电子学方面的基础工作，这些工作导致了基于微波激射器和激光原理制成的振荡器和放大器。

激光器的发明是20世纪科学技术有划时代意义的一项成就。

从60年代一开始，激光理论、激光器件、激光应用各方面的研究广泛开展，各种激光器如雨后春笋一般涌现。

几十年来，激光科学成果累累，已成为影响人类社会文明的又一重要因素。

量子电子学是无线电电子学和光学的结合点，更与量子物理学和原子物理学的发展密切相关。

普朗克的能量子假说和爱因斯坦的光量子理论为量子电子学的发展奠定了基础。

特别是爱因斯坦1916年对辐射理论的分析，为激光提供了理论基础。

而20世纪40年代雷达的发展促进了微波技术应用于微波与分子的相互作用的研究。

汤斯正是期望从这一研究中取得分子、原子和核结构的各种信息，探索出一条通过原子和分子谐振在极短波段实现相干振荡器和放大器的途径。

汤斯1915年7月28日出生于美国南卡罗莱纳州的格林维尔（Greenville），十五岁高中毕业后进入格林维尔的佛曼（Furman）大学，他不但物理学得很好，还对语言科学有特殊的兴趣。

1935年19岁就以优异的成绩获得了物理和语言学两科的学位。

他在很多方面都得到了发展，曾是博物馆的讲解员和校刊记者，参加游泳队、足球队。

1936年在杜克（Duke）大学获物理学硕士学位，1939年在加州理工学院获博士学位，研究的题目是有关同位素分离和核自旋的问题。

汤斯从1933年进入贝尔实验室，一直到1947年都在技术部工作。

二次大战期间，他致力于雷达轰炸瞄准系统，并取得了很多与技术有关的专利，因此，他对微波等技术比较熟悉。

激光行业的发展历程激光技术的发展历程可以追溯到上世纪50年代。

1958年，美国科学家激光的“发明之父”之一泰德·穆曼（Theodore Maiman）首次成功制造出了世界上第一台激光器。

激光器的发明引发了科学界的巨大关注，掀起了激光技术的热潮。

在接下来的几十年里，激光技术得到了广泛的研究和应用。

1960年代初，赫尔曼·厄休塔（Hermann Haken）和诺贝尔物理学奖得主尼古拉·巴斯特里（Nikolaas Bloembergen）开创了激光光谱学的研究，为激光技术的应用提供了新的可能性。

1960年代中期，卡尔·泽亨（Károly Simonyi）开发出了第一台商业化激光器，这标志着激光技术开始向实际应用方向发展。

激光器的诸多特性，如单色性、高亮度、高纵向相干性以及可调谐性等，为激光技术的广泛应用提供了条件。

在医疗领域，激光技术也取得了显著的进展。

1964年，美国医生利奥纳德·夏皮罗（Leonard Schaprio）首次使用激光器进行眼科手术，并开创了激光眼科学的新纪元。

激光在眼科手术中的应用迅速增加，成为治疗近视、白内障等眼部疾病的重要手段。

此外，激光技术在通信、制造、材料处理等领域也得到了广泛应用。

1988年，光纤通信技术的突破使得激光器可以传输光信号，大大提高了通信速度和带宽。

近年来，随着激光器技术的不断突破和创新，激光行业取得了飞速发展。

激光切割、激光焊接、激光打标、激光雕刻等应用日益广泛，激光器的性能不断提升，功率越来越大，应用领域不断扩展。

未来，随着人工智能、自动化技术的发展，激光技术将得到更广泛的应用。

同时，激光行业还面临着挑战，如激光设备制造成本高、技术要求严格等问题，需要不断创新和改进。

总的来说，激光技术的发展历程充满了机遇和挑战，必将为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。

·1997年诺贝尔物理学奖——激光冷却和陷俘原子朱棣文科恩－塔诺季菲利普斯1997年诺贝尔物理学奖授予美国加州斯坦福大学的朱棣文（Stephen Chu，1948—），法国巴黎的法兰西学院和高等师范学院的科恩－塔诺季（Claude Cohen －Tannoudji，1933—）和美国国家标准技术院的菲利普斯（William D.Phillips，1948—），以表彰他们在发展用激光冷却和陷俘原子的方法方面所作的贡献。

激光冷却和陷俘原子的研究，是当代物理学的热门课题，十几年来成果不断涌现，前景激动人心，形成了分子和原子物理学的一个重要突破口。

操纵和控制单个原子一直是物理学家追求的目标。

固体和液体中的原子处于密集状态之中，分子和原子相互间靠得很近，联系难以隔绝，气体分子或原子则不断地在作无规乱运动，即使在室温下空气中的原子分子的速率也达到几百m/s。

在这种快速运动的状态下，即使有仪器能直接进行观察，它们也会很快地就从视场中消失，因此难以对它们进行研究。

降低其温度，可以使它们的速率减小；但是问题在于：气体一经冷却，它就会先凝聚为液体，再冻结成固体。

如果是在真空中冷冻，其密度就可以保持足够地低，避免凝聚和冻结。

但即使低到－270℃，还会有速率达到几十m/s的分子原子，因为分子原子的速率是按一定的规律分布的。

接近绝对零度（－273℃以下）时，速率才会大为降低。

当温度低到10-6K，即1微开（μK）时，自由氢原子预计将以低于25cm/s的速率运动。

可是怎样才能达到这样低的温度呢？朱棣文、科恩－塔诺季、菲利普斯以及其他许多物理学家开发了用激光把气体冷却到微开温度范围的各种方法，并且把冷却了的原子悬浮或拘捕在不同类型的“原子陷阱”中。

在这里面，个别原子可以以极高的精确度得到研究，从而确定它们的内部结构。

当在同一体积中陷俘越来越多的原子时，就组成了稀薄气体，可以详细研究其特性。

这几位诺贝尔奖获得者所创造的这些新研究方法，为扩大我们对辐射和物质之间相互作用的知识作出了重要贡献。