Bu Nobel Ödülü sahibi, Yüksek Yoğunluklu Lazerlerin Yolunu Açtı

Büyümek, Donna Strickland aklında tek bir hedef vardı: Doktora derecesi kazanmak. Ancak fizik alanında lisans eğitimine başlayana kadar hangi konuyu takip etmek istediğini bilmiyordu. McMaster Üniversitesi, Hamilton, Ont., Kanada’da. Konuyla ilgili bir kurs aldıktan sonra lazerleri incelemekle orada ilgilenmeye başladı.

Strickland, konunun “gerçekten harika – bir bilim kurgu romanından fırlamış gibi” göründüğünü söylüyor. Yeni keşfettiği tutkusunun bir gün ona bir ödül kazandıracağını bilmiyordu. Nobel Ödülü fizikte.

Doktorası için optik alanında araştırma yaparken Rochester ÜniversitesiNew York’ta Strickland Fransız fizikçi ile çalıştı Gerard Mourou, bir lazer öncüsü ve Nobel ödüllü. Mourou, gelişimine öncülük etti. Aşırı Hafif Altyapı yoğun lazer ışığı üretmek ve incelemek için inşa edilmiş fizik laboratuvarları ağı. Birlikte, bir lazerin tepe gücünün ona zarar vermeden nasıl artırılacağını deneylerken, cıvıl cıvıl darbe amplifikasyon tekniğini icat ettiler. Yüksek yoğunluğa ulaşan kısa lazer darbeleri üreten CPA, artık düzeltici göz cerrahisinde, tıbbi görüntülemede, akıllı telefon imalatında ve daha birçok uygulamada kullanılıyor.

Strickland ve Mourou, 2018 Nobel Fizik Ödülü’nü IEEE Life Fellow ile paylaştı arthur aşkinayrı bir teknoloji icat etti: canlı hücreleri ve diğer küçük nesneleri manipüle etmek için düşük güçlü lazer ışınları kullanan “optik cımbız”.

Strickland, Nobel’i almanın “hayat değiştiren” olduğunu söylüyor ve ekliyor: “Hayatınız, siz buna hazır olmadan tek bir günde değişebilir.”

Buluşu ona bu yılki ödülünü de kazandırdı. IEEE Onursal Üyeliğitarafından desteklenen IEEE. Tanınmanın özel olduğunu çünkü meslektaşlarının onu bunun için aday gösterdiğini söylüyor.

“Donna’nın çalışması dönüştürücü oldu. Cıvıl cıvıl nabız amplifikasyonu üzerine ufuk açıcı araştırması, araştırmaların altın standardıdır,” dedi ödül destekçilerinden biri. “Ayrıca, dünya çapındaki mühendis lejyonları için gerçek bir rol model. O son derece verici bir insan ve bir IEEE onursal üyesinin nasıl olması gerektiğine dair parlak bir örnek.”

Strickland bir fizik profesörüdür. Waterloo ÜniversitesiOntario’da, farklı frekans karıştırma yoluyla orta kızılötesi darbeler üretmek ve çok frekanslı Raman üretim tekniğini incelemek gibi doğrusal olmayan optik araştırmalar için yüksek yoğunluklu lazer sistemleri geliştiren bir grup araştırmacıya liderlik ediyor.

Donna Strickland, Stockholm Konser Salonu’nda 2018 Nobel Fizik Ödülü’nü İsveç Kralı Carl Gustaf’tan aldı.Henrik Montgomery/TT Haber Ajansı/Getty Images

Yüksek yoğunluklu lazerlerin yolunu açmak

Strickland, 1981’de McMaster’dan fizik mühendisliği lisans derecesi ile mezun olduktan sonra, o zamanlar lazer optiği eğitimi için en iyi okullardan biri olarak kabul edilen Rochester Üniversitesi’nde optik alanında doktora yapmak için New York’a taşındı. Mourou’ya üniversitede katıldı. Lazer Enerjisi Laboratuvarıcihaza zarar vermeden lazerlerin yoğunluğunu (optik gücünü) artırmanın yollarını aradığı yer.

Darbeli lazerler, güç üretmek için ışığı kısa bir süre için küçük bir alana konsantre edebilir. Doruk yoğunlukları, fizikçiden sonra birkaç yıl boyunca hızla arttı. Theodore Maiman gösterdi ilk lazer 1960 yılında. Ancak yoğunluklar, 1970’ten sonra on yıldan fazla bir süre yatay seyretti çünkü ışığı belirli bir noktanın ötesine yükseltiyordu. lazere zarar verdi.

Mourou, 1983’te ışığın madde ile nasıl etkileşime girdiğine dair araştırmasında, darbeleri tekrar bir araya getirmeden önce aralıklandırmanın ve artırmanın, zarar görmeden daha yüksek yoğunluklu lazer darbeleriyle sonuçlanabileceğini varsaydı. Ama bunu nasıl başaracağını bilmiyordu, diyor Strickland. Doktora araştırması için farklı lazer sistemleriyle hipotezini test etti. Ancak deneylerinin hiçbiri işe yaramadı.

“Donna, dünya çapındaki mühendis lejyonları için gerçek bir rol model. O son derece verici bir insan ve bir IEEE onursal üyesinin nasıl olması gerektiğine dair parlak bir örnek.”

Strickland ve Mourou 1984’e katılana kadar değildi. Uluslararası Ultra Hızlı Olaylar Konferansı çözümü bulduklarını söyledi. Yılda iki kez düzenlenen etkinlik, saniyenin milyarda birinin milyonda biri veya daha hızlı gerçekleşen atomlar, moleküller veya malzemelerdeki süreçleri incelemek için kullanılan araçlar, metodolojiler ve teknikler geliştiren bilim insanlarını bir araya getiriyor.

Strickland ve Mourou, konferansta neodim katkılı itriyum alüminyum garnet (Nd:YAG) lazerlerin yeni geliştirilen fiber optik darbe sıkıştırması hakkında bir sunuma katıldı. Bu teknikle, bir lazerin spektral bant genişliğini artırmak için bir optik fiberdeki doğrusal olmayan optikler kullanılarak 100 pikosaniyelik darbeler 1 ps’ye sıkıştırılabilir. Sıkıştırmanın en başarılı olduğu, pulsların elyaf içindeki dağılma yoluyla gerilmesine izin verildiğinde bulunmuştur.

Strickland, “Deneylerim için aynı lazerleri kullanıyordum,” diye hatırladı.

O ve Mourou, yüksek yoğunluklu nabzı nasıl güvenli bir şekilde oluşturabileceğini anladılar: Nabzın, daha önce yapıldığı gibi, sonradan değil, güçlendirilmeden önce gerilmesi gerekiyordu. Nabzı uzatmak, istenen yoğunluğu üretmek için yeniden sıkıştırılabileceği anlamına geliyordu.

Stickland ve Mourou, teorisini test etmek için Laser Energetics Laboratuvarında 2 watt’lık bir Nd:YAG lazer, 1,4 kilometrelik optik fiber, bir amplifikatör ve bir çift paralel ızgaradan oluşan bir sistem kurdu.

Nd:YAG lazer, optik fibere 100 ps’de kısa bir darbe pompaladı. Işığın hızı dalga boyuna bağlı olduğundan, ışığın kırmızı bileşeni fiber içinde maviden daha hızlı yayılır.

Strickland, bunun “cıvıldayan nabız” olarak adlandırıldığını, çünkü kuş cıvıltısının benzer bir frekans yapısına sahip olduğunu söylüyor.

Cıvıldayan darbe, darbenin süresini uzatır ve lazere zarar vermeyecek şekilde yoğunluğu yayar. Uzatılmış, düşük enerji yoğunluklu darbe daha sonra güçlendirildi ve bir çift paralel kırınım ızgarasından geçti – bu da takip eden mavi bileşenin kırmızıya yetişmesine izin verdi. Her ikisi de ızgaralardan yansıtılarak yeniden birleştirildi. Stickland, yeniden birleştirilen darbenin orijinalinden üç kat daha güçlü olduğunu söylüyor.

Adını cıvıl cıvıl darbeden alan teknik, o zamandan beri şimdiye kadar oluşturulmuş en kısa ve en yoğun lazer darbelerinin yolunu açarak daha kompakt ve hassas lazer sistemleri oluşturmayı mümkün kıldı.

Strickland ve Mourou’nun 1985’i kağıt “Güçlendirilmiş Chirped Optical Pulse’ların Sıkıştırılması” yayınlandı Optik İletişim. Strickland’ın yayınlanan ilk araştırma makalesiydi.

Princeton’dan Waterloo’ya

EBM’nin geliştirilmesine yardım ettikten sonra Strickland, hangi kariyer yolunu izleyeceğinden hala emin değildi. Meslektaşlarından tavsiye istedi ve biri ona şunu söyledi: Paul ÇorkumKanada’da çalışan bir fizikçi Ulusal Araştırma Konseyi‘nin ultra hızlı fenomenler bölümü, o yıl ilk doktora sonrası araştırma görevlisini alıyordu. Lazer biliminde uzmanlaşan Çorkum, attosaniye fiziğinin gelişimine öncülük etti. Strickland bunun sesini beğendi.

“Araştırma laboratuvarımdaki diğer doktora adaylarına Çorkum’un adımı henüz bilmeyebileceğini ama onun ikinci doktora sonrası doktoru olacağımı söylediğimi hatırlıyorum” diyor. 1988’de hayalindeki işi aldı ve üç yıl onun için çalıştı.

1991 yılında fizikçi oldu. Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarıbir ABD Enerji Bölümü Kaliforniya’daki tesis.

O, Batı Yakası’nda yaşarken, bir fizikçi olan kocası, Doğu Yakası’nda yaşıyordu. Bell Laboratuvarları Murray Hill, NJ’de çalışıyor

Bir yıl ayrı kaldıktan sonra Strickland, teknik kadroya katılmak için New Jersey’e taşındı. PrincetonFotonik ve Opto-elektronik Malzemeler için Gelişmiş Teknoloji Merkezi. Orada elektrik mühendisleri, makine mühendisleri ve kimyagerlerle çalıştığını ve “lazerleri varsa onlara yardım ettim” diyor. Bir profesörün bir CPA lazer oluşturmasına yardım etti ve yeni bir darbe yükseltici malzemenin doğrusal olmayan optik karakterizasyonunu yürüten bir araştırma grubuna yardım etti.

Strickland, emekli olana kadar Princeton’da çalışacağını düşündüğünü, ancak kocası 1996’da Bell Labs’tan ayrıldıktan sonra Kanada’ya döndüklerini söylüyor. Strickland katıldı Waterloo Üniversitesifizik bölümünde yardımcı doçent olarak görev yapmaktadır. 2002 yılında doçentliğe terfi etti. 2007-2013 yılları arasında bölüm başkan yardımcısı olarak görev yaptı.

“Gençken, sadece doktora yapmak istiyordum. ve okulda kal,” diyor Strickland. “Profesör olmak, öğrenci olmaktan sonraki en iyi şeydir.”

5 Mayıs’ta IEEE Onursal Üyeliğini aldı. IEEE Vizyon, İnovasyon ve Zorluklar Zirvesi ve Onur Törenidüzenlenen hilton atlanta.