球王会官方那些年诺奖得主用过的激光器

　　激光诞生60年，Theodor Hänsch运用激光56年。以激光探究国际，他改善染料激光器为精细光谱学带去革命性的展开；他提出激光冷却理论，原子物理学从此不同，新晋诺奖得主层出不穷；他数十年不断进步氢原子1S-2S跃迁频率的丈量准确度，一步一步创始出划年代的光学频率梳技能，终究荣获2005年诺贝尔物理学奖。

　　让我们回到1969年。当年的爱丁堡量子光学暑期校园聚集了至少五位未来诺奖得主，包含刚刚博士结业的Hänsch和斯坦福大学教授Schawlow。初度相遇，Hänsch马上受Schawlow的幽默和敏锐思想所感染，并压服后者接纳自己去斯坦福做博后。一对良师益友就此走到一同，而Hänsch也将在斯坦福度过极富创造力的16年科研生计。

　　1970年3月，在前往斯坦福的途中，Hänsch转道贝尔试验室访问时见到了氮气激光泵浦染料激光器。他意识到，假如可以紧缩染料激光的线宽，就能用在无多普勒展宽的饱满吸收光谱学上。这说明重视相关范畴研讨的重要性，就像他在诺贝尔奖讲演中说到，得知英国巴斯大学Philip Russell团队早几年就已创始了光子晶体光纤时现已太晚。不然，跨倍频程的自参看光学频率梳或许更早诞生。

　　抵达斯坦福后，Hänsch购买了一台氮气激光器开端建立自己的染料激光器。这种依据光栅的可调谐染料激光器的线宽太宽，他以为添加光栅的照耀面积可以进步光栅分辨率，由此减小激光线宽。所以他就从口袋掏出一个一般望远镜，这是他听讲座时用来看幻灯片用的。望远镜刺进激光腔内扩展光束，照明更大的光栅面积，激光线宽随即被显着紧缩。闻名的Hänsch牌可调谐、窄线宽染料激光器从此敞开奇特的光谱研讨之旅。

　　T. W. Hänsch,Repetitively Pulsed Tunable Dye Laser for High ResolutionSpectroscopy, Appl. Opt. 11, 895-898 (1972)

　　Hänsch和Schawlow运用这种染料激光器推动了一系列光谱学技能的展开，比方饱满吸收光谱、偏振光谱、双光子吸收光谱，乃至用于研讨果冻变成可食用激光器的或许性。经过消除多普勒频率展宽，他们可以以史无前例的高分辨率研讨原子和分子光谱，依据试验效果验证原子理论或许丈量根本常数，这一系列的效果终究使Schawlow获得了1981年的诺贝尔物理学奖。

　　Hänsch在研讨染料激光器的过程中认识到，一种新东西可以解锁许多运用之门，而且，简略但大略的原理性验证试验或许比完美但杂乱到令人敬畏的试验发生更大的反应。

　　1975年，Hänsch和Schawlow提出激光冷却原子气体的理论，促进许多物理学家展开相关试验并因而摘得诺奖，包含1997年的光学粘胶和2001年的波色爱因斯坦凝集(BEC)；其间由于BEC获奖的Carl Wieman是Hänsch在斯坦福的博士学生。发现Schawlow也是很奇特，他和Townes在1958年奠定激光理论基础但没有做出试验，他和Hänsch奠定激光冷却原子理论但将其放置。大神总是把走运的路留给他人探究。

　　1995年，Hänsch在马克斯量子光学研讨所的团队还提出了一种紧凑型外腔二极管激光器(ECDL)，运用光栅结构外腔完结安稳的单频作业。这种激光器装备在原子物理学试验中一向占有很重要的位置。

　　关于Hänsch在斯坦福的研讨，试验作业一般只需一个学生或许加一个博士后就能完结，所以一有新主意就能快速施行。这正是Hänsch最喜欢的抱负环境，便于发挥深入的了解和想象力。当年他抛弃抢手的粒子物理学挑选刚刚起步的激光研讨正是由于前者需求很强的团队协作不符合其性情和爱好。他第一眼就被氦氖激光的散斑图画迷住，那仍是悠远的海德堡年代，也是激光面世后的第4年，那年他只要23岁。

　　在这些灵敏型的研讨中发生了一系列新的光谱技能(比方Hänsch-Bordé技能)、新的激光类型(比方可食用果冻激光器 :)、新的稳频技能(比方Hänsch-Couillaud技能)以及许多科研创意，促进一代又一代的学生和访问学者不断运用激光探究科学前沿。Hänsch现有50多位博士或博后学生成为教授。为庆祝其75岁生日，Springer曾专门出了一本《Exploring the World with the Laser》论文集（

　　书中除了新的激光技能，比方972.5 nm掺镱放大器四倍频至243.1 nm、依据双滤光片选频的外腔二极管激光器以及Figure 9®飞秒光纤激光器，还有激光在光谱学、原子物理学和光力学范畴的许多前沿运用。

　　Hänsch和Schawlow的科研气氛充溢高兴和趣味，两人都对70年代鼓起的微电脑十分感爱好，而且花许多钱购买设备，包含第一代苹果电脑(乔布斯还去上过Hänsch的电磁学)，以至于办公室看起来就像太空项目的操控中心。他们在1980年左右靠写简略图形软件赚了几十万美元，假如当年在硅谷建立一家图形软件公司，或许今日也是Adobe等级。为了在旧金山湾区个人电脑展上招引更多留意，Hänsch乃至整了一家叫做Menlo Systems Inc.的公司，由于在电脑展商的眼里，斯坦福教授究竟没有创业公司CEO吃香。

　　1986年，Hänsch脱离斯坦福回到德国，把硅谷的创业精神带到了普朗克量子光学研讨所。2001年，他的两位学生Ronald Holzwarth和Michael Mei创建Menlo Systems GmbH，致力于为全球科学家供给最精细的计量设备。公司名称源于新泽西州的Menlo Park，也便是爱迪生创造灯泡的当地。

　　光梳的诞生，源自Hänsch几十年来对氢原子1S-2S跃迁频率精细丈量的极致寻求。关于光梳展开中的一些关键技能打破，您可参看Hänsch的诺贝尔奖演讲稿(Passion for precision)，以下要点介绍载波包络偏移频率的丈量。

　　1996年，Ferenc Krausz等人发现，接连波锁模激光器无法输出相同的脉冲，不论每个纵模的相位确定得多么完美，也不论频率距离怎么持平。这是由于激光谐振腔内色散元件中的群速度和相速度(别离决议脉冲包络和载波的传播速度)略有不同。

　　其间R为往复相位推迟(取决于相速度)，ωL为载波角频率，TR为激光脉冲的往复时刻(取决于群速度)。这种准周期脉冲串的傅里叶变换频谱为一系列等距谱线，每条谱线的频率由下式给出：

　　这个公式将一个光学频率(ωn)和两个射频(ωr和ω0)联络在一同。式中n是一个高达百万的整数，而ωr=2π/TR为往复频率，可直接用光电二极管丈量。所以丈量光学频率的关键在于另一个射频：偏移频率ω0。

　　因而，操控和安稳CE相位可经过操控偏移频率进行，为此可运用Hänsch创造的自参看技能丈量。关于跨倍频程的锁模频谱，其低频端倍频后与高频端干与，刚好在2(nωr + ω0) - (nωr + ω0) = ω0处得到所需强度调制的拍频信号，运用光电二极管就可将其测出。知道偏移频率后就能知道频率梳每一条谱线的频率，就像一把光学直尺，丈量不知道激光时只需找到最近的梳线进行比对即可。

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