Нобелевскую премию по физике 2018 г. получили американец Артур Эшкин, а также француз Жерар Мур и канадка Донна Стрикланд за «революционные изобретения в области лазерной физики». Результаты их научной работы, давно ставшие классическими, прокомментировал на традиционной пресс-конференции СО РАН по итогам Нобелевской академик РАН А. М. Шалагин, научный руководитель Института автоматики и электрометрии СО РАН (Новосибирск)

Работы, которые были в 2018 г. отмечены Нобелевской премией по физике, посвящены разным технологиям, но в том и в другом случае речь идет о новаторских изобретениях в области лазерной физики.

А. Эшкин, бывший руководитель отдела Лаборатории Белла (США), которому на момент присуждения премии исполнилось 96 (!) лет, был награжден за создание так называемых «оптических пинцетов», которые нашли широкое применение в молекулярной биологии, вирусологии и других биологических дисциплинах. А профессор Ж. Мур и его бывшая аспирантка, а ныне профессор Университета Уотерлу (Канада), более тридцати лет назад разработали метод генерации ультракоротких высокоинтенсивных оптических импульсов.

шалагин.jpg 

 Академик РАН Анатолий Михайлович Шалагин, научный руководитель Института автоматики и электрометрии СО РАН

Еще до того, как Эшкин разработал свою технологию оптического пинцета, он совместно со Стивеном Чу проводил исследования по ускорению, замедлению и захвату атомов в оптической ловушке с помощью лазерного излучения. Чу сосредоточил свои интересы именно на оптических ловушках, за что в 1997 г. получил Нобелевскую премию. Эшкин же, после исследований светового давления на атомарные газы, сосредоточился на изучении действия радиационных сил на более крупные объекты (нано- и микроразмерные). На этом пути ему удалось удержать эти объекты в перетяжке лазерного луча, и перемещать их в пространстве вместе с перемещением перетяжки. Это и есть так называемый лазерный пинцет. Наиболее яркие применения этот пинцет нашел в биологии и медицине.

картинка.jpg
 

Оптический пинцет использует для «захвата» коллоидной частицы сильно фокусированный лазерный пучок. Градиент интенсивности излучения затягивает частицу в область перетяжки пучка, тогда как давление света выталкивает ее по направлению оптической оси. Если градиентная сила будет доминировать, частица «поймается» в области точки фокуса Источник: http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article1445

Возможность манипулировать объектами микро- и наноразмера, от эритроцита до фрагмента ДНК или белковой молекулы, вызвала огромный интерес у биологов. В России технологией лазерного пинцета занимается научная группа академика В.А. Сойфера в Институте систем обработки изображений РАН (Самара). Можно надеяться, что эта очень нужная технология вскоре придет и в отечественную медицину.

 
 
Второе «нобелевское» достижение – метод генерации ультракоротких высокоинтенсивных оптических импульсов, разработанный Муром и Стрикланд, – служит ярким примером, что простое эквивалентно гениальному.

 
Физики всегда хотели получить наиболее интенсивные лазерные поля, а самый простой способ сделать это – укорачивать лазерный импульс во времени при сохранении полной энергии. До какого-то момента исследователи так и делали, пока не достигли непреодолимого предела, при котором происходит разрушение самой среды, материала, где этот процесс происходит.

 
И вот возникла замечательная идея: ультракороткий лазерный импульс с малой энергией «растянуть» во времени и тем уменьшить его интенсивность, а затем с помощью усилителя лазерного излучения увеличить его энергию и затем «собрать» обратно. Импульс сжимают в оптическом компрессоре, получая на выходе такой же короткий импульс, как на входе, но в тысячи раз более интенсивный. При получении импульсов предельно высокой интенсивности для дисперсии и компрессии лазерного импульса используют дифракционные решетки и особые зеркала.
схема.gif
 
 

Принцип работы СРА-лазера: короткий слабый лазерный импульс поступает в растяжитель, где его длина возрастает в тысячи раз, а частота излучения плавно изменяется по длине импульса (чирпированный импульс). Затем импульс проходит через усилитель, увеличивающий его энергию на много порядков. Из усилителя импульс попадает в компрессор, где длительность его уменьшается до начального значения. Рис. из статьи Л.М. Горбунова («Природа», №4, 2007, с. 11–20) http://vivovoco.astronet.ru/VV/JOURNAL/NATURE/04_07/LASER.HTM

Лазеры, генерирующие сверхкороткие импульсы, незаменимы в исследованиях быстропротекающих процессов. Если же при этом импульсы имеют рекордную интенсивность, то такие лазеры имеют перспективу и в качестве ускорителей заряженных частиц: при распространении высокоинтенсивных импульсов в среде создается огромной плотности положительный объемный заряд, и если ему вслед послать, с соответствующей синхронизацией, электронный сгусток, то последний будет ускоряться на довольно короткой дистанции до очень больших энергий. Излучение очень высокой интенсивности способно «пробивать вакуум», рождая при этом электрон-позитронные пары и иные элементарные частицы, а это уже физика высоких энергий. Еще одно возможное применение, интерес к которому не пропадает, – лазерный термояд.

В Сибирском отделении СО РАН аттосекундные импульсы и поля сверхвысокой интенсивности входят в тематику Института лазерной физики (Новосибирск), специалисты которого также сотрудничают с коллегами из Нижнего Новгорода, Арзамаса и Сарова. А в лаборатории волоконной оптики новосибирского Института автоматики и электрометрии СО РАН в процессе своих исследований часто сталкиваются с необходимостью расширения и последующего сжатия лазерного импульса.

Нобелевский лауреат Жерар Муру с 2010 г. в течение нескольких лет работал в Институте прикладной физики РАН (Нижний Новгород) по тематике ультракоротких высокоинтенсивных оптических импульсов. На установке ИПФ РАН – мощном мультипетаваттном лазере, работающей по технологии Стрикланд и Муру – были получены впечатляющие результаты. Сотрудничество ученых продолжается до сих пор.

Статьи по теме: А.А. Аполонский. В погоне за особенным светом: https://scfh.ru/papers/v-pogone-za-osobennym-svetom/ 

Подготовила Татьяна Морозова

Похожие новости

  • 19/12/2017

    В новосибирском Академгородке проходит 10-я конференция «Физика ультрахолодных атомов»

    ​18 декабря 2017 года в Институте автоматики и электрометрии СО РАН открылась юбилейная 10-я Всероссийская конференция «Физика ультрахолодных атомов». Организовали конференцию совместно Институт автоматики и электрометрии, Институт лазерной физики, Институт физики полупроводников СО РАН и Новосибирский государственный университет.
    825
  • 24/05/2017

    Омские промышленники интересуются разработками СО РАН

    ​​Делегация представителей высокотехнологичной индустрии Омской области посетила институты новосибирского Академгородка. Свыше 20 главных инженеров, конструкторов и специалистов омских предприятий — ФНПЦ «Прогресс», «Омское машиностроительное КБ», «Омсктрансмаш», «Высокие технологии» и «Омский НИИ приборостроения» (ОНИИП) — встретились с председателем Сибирского отделения РАН академиком Александром Леонидовичем Асеевым и его советником доктором физико-математических наук Геннадием Алексеевичем Сапожниковым.
    1192
  • 22/12/2015

    Конференция "Физика ультрахолодных атомов" началась в новосибирском Академгородке

    ​Институт автоматики и электрометрии СО РАН совместно с Институтом лазерной физики СО РАН, Институтом физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН и Новосибирским государственным университетом проводят всероссийскую конференцию, посвященную перспективам исследований физики ультрахолодных атомов.
    2207
  • 06/09/2016

    В Новосибирске проходит VII Российский семинар по волоконным лазерам

    В новосибирском Академгородке 5 сентября начался VII Российский семинар с международным участием по волоконным лазерам. Семинар является научным форумом, имеющим целью представление последних достижений и обмен мнениями между русскоязычными учёными, работающими в области волоконных лазеров в ведущих зарубежных и российских исследовательских, технологических и образовательных центрах.
    1940
  • 08/12/2016

    Инвестиционные структуры под эгидой ГК «Ростех» заинтересовались разработками сибирских ученых

    В новосибирском Академгородке прошло совещание руководства Сибирского отделения РАН и ведущих экспертов академических институтов с делегацией «РТ-Развитие бизнеса» (дочерняя компания госкорпорации «Ростех») и «GIP Group» (партнер ГК «Ростех» по венчурному бизнесу).
    1397
  • 04/05/2018

    В ИАиЭ СО РАН прошло заседание секции конференции «СибОптика-2018»

    ​Заседание секции национальной конференции «СибОптика-2018» «Фундаментальные проблемы фотоники и лазерных технологий» состоялось 24 апреля 2018 г. в Институте автоматики и электрометрии СО РАН. Мероприятие проводилось в рамках XIV Международной выставки и научного конгресса «Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2018».
    580
  • 13/09/2018

    В Новосибирске прошел 8-й Российский семинар по волоконным лазерам

    В новосибирском Академгородке прошел 8-й Российский семинар по волоконным лазерам, на котором были представлены последние достижения в области волоконных лазеров и их применений. Ученые, работающие в ведущих зарубежных и российских исследовательских, технологических и образовательных центрах, обсудили вопросы, связанные с этим направлением исследований.
    286
  • 30/03/2017

    Лекторий «От проблем фотоники к реальным технологиям!»

    Лаборатория экспериментальной физики НГУ совместно с Институтом лазерной физики СО РАН и Институтом автоматики и электрометрии СО РАН в рамках САЕ НГУ «Нелинейная фотоника и квантовые технологии» представляет лекторий по интереснейшему направлению, связанному с фотоникой и квантовыми технологиями: «От проблем фотоники к реальным технологиям!»В течение весеннего семестра молодые учёные, занимающиеся исследованиями в передовых направлениях науки и внедрением новейших достижений в технологическую сферу, прочтут цикл лекций.
    1198
  • 27/04/2017

    «Фотоника и квантовые оптические технологии» на МНСК-2017

    «Фотоника и квантовые оптические технологии» — такая секция впервые была организована в рамках 55-ой Международной научной студенческой конференции, которая прошла 16-20 апреля в НГУ. Исследования и разработки в направлениях науки и техники, связанных с генерацией и распространением квантов света (фотонов), управлением ими, изучением и использованием их взаимодействия с веществом, бурно развиваются во всем мире, а результаты этих работ быстро выходят на рынок в виде высоковостребованных устройств и технологий - систем сверхбыстрой оптической связи, промышленных лазеров, биомедицинского лазерного оборудования, метрологических и сенсорных устройств, и многих других.
    1884
  • 21/06/2017

    Для развития аддитивных технологий стоит объединяться

    ​Как следует развивать аддитивные технологии? Готова ли Российская Федерация отказаться от зарубежных поставок? Обсуждение этих и ряда других вопросов прошло на круглом столе в рамках Международного форума технологического развития "Технопром-2017".
    1062