駕馭激光洞察微觀世界

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材料學(xué)等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。

讓激光變快、變強(qiáng)

現(xiàn)在，醫(yī)院用激光做手術(shù)已不罕見(jiàn)。譬如，一些近視患者會(huì)去醫(yī)院做激光手術(shù)，對(duì)角膜舉行修正。然而，激光手術(shù)用的激光并非由激光器發(fā)出來(lái)的普遍激光，而是經(jīng)過(guò)處理后的激光。直接用普遍激光做手術(shù)，失敗率會(huì)分外高，而且患者感受的痛楚會(huì)很大。由于普遍激光功率相對(duì)較小、脈沖波長(zhǎng)相對(duì)較大，對(duì)角膜的切割精度較低、切割范圍過(guò)大，甚至可能誤傷角膜周邊的眼組織。啁啾脈沖放大技術(shù)展現(xiàn)之后，使得激光眼科手術(shù)成為可能。

1985年，穆魯和斯特里克蘭察覺(jué)了一種方法，可以讓激光的脈沖波長(zhǎng)縮短，從而讓激光的功率鞏固。他們把這種方法命名為啁啾脈沖放大。在初期的通信研究中，當(dāng)脈沖信號(hào)變到音頻時(shí)，會(huì)發(fā)出一種聲吉，聽(tīng)起來(lái)像鳥(niǎo)叫的啁啾聲，故名“啁啾”。穆魯?shù)热搜邪l(fā)的啁啾脈沖放大技術(shù)，就是讓激光的脈沖發(fā)生快速的變化。

激光科學(xué)家也和運(yùn)鼓動(dòng)一樣，追求“更快、更強(qiáng)”。激光自1960年問(wèn)世后，短短5年，激光器功率大增。但從那之后的20年里，激光器的功率徘徊不前，由于過(guò)大的功率會(huì)將作為激光器核心部件的放大元件燒毀，導(dǎo)致整臺(tái)儀器報(bào)廢。眾多的科學(xué)家一味地想提升功率，很少有人會(huì)逆向思維要是先縮小激光功率，會(huì)怎樣呢？

與眾不同的是，穆魯和斯特里克蘭采用了一種欲擒故縱的方法。他們本意是要放大激光的功率，以獲得更強(qiáng)的激光。但是，這個(gè)大家都知道的思路并沒(méi)有帶來(lái)夢(mèng)想中的效果。當(dāng)時(shí)，這個(gè)測(cè)驗(yàn)小組中的一名研究助理威廉姆斯供給了一個(gè)新的思路：是否可以先縮小再放大呢？后來(lái)的研究證明，這個(gè)思路是正確的。當(dāng)時(shí)，正在攻讀博士學(xué)位的斯特里克蘭在導(dǎo)師穆魯?shù)闹笇?dǎo)下，順?biāo)斓赝瓿闪诉@個(gè)測(cè)驗(yàn)，而威廉姆斯由于沒(méi)有參與測(cè)驗(yàn)而與諾貝爾獎(jiǎng)無(wú)緣。林德羅特院士評(píng)價(jià)說(shuō)：“這項(xiàng)研究涉及如何讓激光變得更強(qiáng)。有了強(qiáng)大的激光，我們可以做好多實(shí)際的事情。譬如，精準(zhǔn)、低本金地為粒子加速;強(qiáng)激光帶來(lái)的短脈沖，又可扶助我們以簡(jiǎn)樸且盡可能不損傷眼球的方式來(lái)矯正視力。”超強(qiáng)激光在核物理、粒子物理等物理學(xué)分支中得到廣泛應(yīng)用，利用這項(xiàng)技術(shù)，物理學(xué)家制造出超高速相機(jī)，利用飛砂量級(jí)的脈沖對(duì)原子和分子舉行拍照，得以更好地洞察微觀世界中的機(jī)要。

學(xué)識(shí)鏈接

光鑷對(duì)操作對(duì)象的要求很廣泛，雖然它只能在微觀世界里工作，但體形在幾十納米到幾十微米的微粒根本都是它的操縱對(duì)象。靠著這個(gè)優(yōu)勢(shì)，在微觀世界里，光鑷可以做好多工作。

變更微粒狀態(tài)。譬如，讓不同的細(xì)胞聚在—起或者在細(xì)胞中注入其他微粒。

“監(jiān)測(cè)”微粒行動(dòng)。譬如，測(cè)量一種蛋白質(zhì)在微管上移動(dòng)的距離，