2018年诺贝尔物理奖解读 | 盛政明

10月2日瑞典当地时间上午11点45分，2018年诺贝尔物理学奖被授予美国科学家亚瑟•阿斯金（Arthur Ashkin）、法国科学家杰哈▪莫罗（Gérard Mourou）和加拿大科学家唐娜•斯特里克兰（Donna Strickland），以表彰他们在激光物理研究领域作出的开创性贡献。其中阿斯金的贡献是发明了一种"光学镊子"，作为一种全新的操控工具可以在不损伤生物系统的条件下移动细胞、细菌等微生物，因而对生物系统的观察、控制具有广泛应用。而莫罗和斯特里克兰则发明了一种产生"高强度、超短时间光脉冲"的方法，即啁啾激光脉冲放大技术（简称CPA技术）。CPA技术为基础科学以及应用科学研究开拓了一片全新的领域，它能够让激光以极高的精确度在各种材料上进行切割、钻洞等操作，因而在工业和医疗等方面具有广泛的应用。在基础科学领域，CPA技术的应用则是更加广泛而深入，从超快非线性光谱、阿秒科学、新型高能粒子加速器、到高能量密度科学、乃至激光核聚变研究。2010年 Nature 曾经预测了今后10年6项与激光有关的科学突破，其中4项突破与超短超强激光紧密关联，包括台面相对论加速器、激光聚变、全光钟和阿秒科学。

莫罗和斯特里克兰在20世纪80年代末发明了CPA技术。该技术利用了短脉冲激光具有很宽频谱的特点，首先利用一对光栅对短脉冲激光在时间上展宽上万倍，然后将其通过晶体等介质进行能量放大至晶体破坏阈值的极限，接着在真空中通过另一个对光栅将放大后的激光脉冲压缩至原来的脉冲宽度。从该技术刚发明至今，人们已经将激光脉冲的强度和功率提高了7-8个数量级，由此将激光与物质相互作用研究推进到之前难以想象的新领域。目前采用CPA放大技术的激光器已经可以产生脉宽在几十飞秒（10-15秒）、峰值功率达到拍瓦（1015瓦）的激光脉冲。目前全球有数十个实验室开展基于这种超短超强激光脉冲的基础科学和应用研究。在莫罗等人的推动下，欧洲于2012年启动了极端光基础设施（Extreme Light Infrastructure，ELI），这一设施的三大实验室分别位于捷克、匈牙利和罗马尼亚，拟建设10拍瓦量级的超强激光器。这类激光器不仅可用于高能粒子加速、极端高亮度X和伽玛光源、光核物理，还可以用于非线性真空物理等来检验量子电动力学基本规律。

目前我国在中科院上海光机所、中科院物理研究所、中国工程物理研究院激光聚变中心、上海交通大学、北京大学、清华大学等单位均建有与超短超强激光及其应用相关的实验室，与莫罗教授也有非常良好的互动及合作。其中张杰研究员团队与莫罗和斯特里克兰有长期的科研协作关系。团队成员陈黎明曾代表团队长时间与莫罗研究团队合作，并联合发表过多篇学术论文。

由张杰院士负责的中科院物理所和上海交通大学研究团队自1998年起，在强激光物理领域开展广泛而深入的研究。研究课题涉及激光聚变新概念、激光等离子体加速器、新型辐射源产生、实验室天体物理、超强激光技术等，取得了一系列具有国际影响的研究成果。譬如在激光加速方面，提出了电离注入新方案，使得激光尾场加速电子束的品质、稳定性得到极大提高，并提出了面向TeV激光等离子体加速的方案，为实现从激光加速到激光加速器的转变做出了关键性贡献；在强激光实验室创造出类似于天体环境下的高能量密度物质状态，开拓了基于强激光的实验室天体物理研究；提出并验证了“准参量放大（QPCPA）”强激光放大新概念，该方案的放大能力可以大幅度超过CPA方案和OPCPA方案等。

2014年张杰院士因上述学术贡献获得高能量密度与激光核聚变领域最重要的奖项－美国核学会爱德华•泰勒奖，成为华人中第一位获得此项学术荣誉的科学家。其“激光强场物理”团队在今年9月中旬荣获2018年度求是杰出科技成就集体奖。在张杰提议，莫罗的支持下，上海交通大学在2008年主办了第三届超强激光国际会议（ICUIL），这是莫罗教授发起的，国际上该领域最重要的系列国际会议。

“激光强场物理”团队盛政明教授与莫罗教授的亲密合影