一束光，既能捕获病毒，又能切割角膜，这些曾存在于科幻小说中的场景，如今已成为现实。
2018年10月2日，瑞典皇家科学院宣布将诺贝尔物理学奖授予三位科学家——美国物理学家阿瑟·阿什金、法国物理学家热拉尔·穆鲁和加拿大物理学家唐娜·斯特里克兰。
他们分别在激光物理领域做出了开创性的贡献。 奖项总额900万瑞典克朗，其中一半授予阿什金，另一半由穆鲁和斯特里克兰共享。
01 获奖背景：激光物理的里程碑 #
自1960年第一台激光器发明以来，激光科学已经深刻改变了物理学、化学、生物学和医学等多个领域。然而在20世纪80年代，激光物理的发展遇到了两个主要瓶颈。
一方面，科学家需要操纵微小粒子进行生物学研究，但传统方法往往会对这些脆弱样本造成损伤；另一方面，提高激光器功率的努力也遇到了极限——超过一定强度，激光放大器本身就会被损坏。
2018年诺贝尔物理学奖表彰的正是解决这些难题的突破性技术。诺贝尔委员会在颁奖声明中表示，这些发明已经彻底改变了激光物理学，使科学家能够以全新的眼光看待极小的物体以及令人难以置信的快速过程。
02 光学镊子：捕捉微观世界的巧手 #
阿瑟·阿什金时年96岁，成为迄今为止最年长的诺贝尔奖获得者。
阿什金发明的光学镊子（Optical tweezers）利用激光的辐射压力来操纵微小粒子。当激光高度聚焦时，会形成强度分布不均匀的电磁场，微观粒子会被吸引到光束最亮的区域。
这一技术的原理是：光在穿过折射率不同的介质时会产生梯度力，微小粒子在梯度力作用下会被拉向光束中心。通过精确控制激光束，科学家可以像使用镊子一样操纵原子、病毒和活细胞。
1987年，阿什金取得了重大突破——他成功用光镊捕获了活细菌而不会造成伤害。 如今，光镊已成为许多生物实验室的标配设备，使研究人员能够在不破坏细胞膜的情况下研究细胞内部的机制。
03 啁啾脉冲放大：让激光更强更短 #
热拉尔·穆鲁和唐娜·斯特里克兰主攻超短超强激光脉冲技术。他们在1985年共同发明了啁啾脉冲放大技术（Chirped Pulse Amplification，简称CPA），解决了长期困扰激光领域的功率瓶颈问题。
CPA技术的基本原理包含三个关键步骤：
- 脉冲拉伸：首先将超短激光脉冲在时域上展宽数千倍，降低其峰值功率
- 安全放大：然后对拉伸后的脉冲进行放大，由于峰值功率已降低，不会损坏放大器
- 脉冲压缩：最后将放大后的脉冲重新压缩回原来的持续时间，从而获得极高的峰值功率
这项技术的名称来源于鸟类的啁啾声——激光脉冲的频率在时间内变化，类似于鸟叫声的变化。
04 诺贝尔委员会的评价：革命性的创新 #
诺贝尔物理学奖委员会对这三项贡献给予了高度评价，认为它们 “在激光物理领域带来了革命性的创新”。
委员会强调，这些发明让科学家能够观察极其微小的物体和快速过程，开辟了许多此前未开发的研究领域和众多工业、医疗应用。
瑞典皇家科学院院士埃娃·林德罗特指出：“有了这种光镊，我们能够抓取分子，把它们移动到你想要的地方，并对它们展开操作，这是非常实用的工具”；“强大的激光让我们可以做很多实际的事情，比如精准、低成本地为粒子加速，强激光带来的短脉冲又可以帮我们以简单且不损伤眼球的方式矫正视力”。
05 科学影响与应用价值 #
光学镊子的广泛应用 #
光学镊子使研究人员能够深入研究细胞内分子马达的机制，第一次观测到驱动蛋白沿着细胞骨架运动的现象。
该技术还催生了光学全息成像技术，允许数千个光学镊子同时工作，帮助科学家从感染细胞中分离出健康的血细胞，推动了疟疾研究。
啁啾脉冲放大的革命性影响 #
CPA技术带来的超强超短激光脉冲促进了超快光谱学和超快成像的飞速发展，使科学家能够观测飞秒时间尺度的动力学过程。
这项技术也是飞秒激光近视矫正手术的基础，利用超短脉冲可在不产生热效应的情况下精确切削角膜组织。
在工业领域，CPA技术实现了精密加工，可以在不破坏材料表层的情况下加工材料内部，实现精确的“三维微加工”。
06 历史意义与未来展望 #
2018年诺贝尔物理学奖的特别意义在于，唐娜·斯特里克兰成为继1903年居里夫人和1963年玛丽亚·格佩特-梅耶之后，第三位获得诺贝尔物理学奖的女性科学家。当得知自己只是物理学奖历史上的第三位女性获奖者时，斯特里克兰表示惊讶：“真的吗？这就是全部？我还以为会有更多人”。
啁啾脉冲放大技术自1985年提出以来，至今仍是产生超强超短激光脉冲的主流技术。基于该技术，国际上正在建设如ELI（极端光基础设施）等大型激光装置，预计将产生200PW（2×10^17瓦）峰值功率的超强飞秒激光。
中国科学家在这一领域也做出了重要贡献。中科院物理研究所和上海光机所等单位基于CPA技术，先后获得了突破世界纪录的成果，如10PW的激光峰值功率。
这些技术为探索极端物理条件——如恒星内部和核爆环境——提供了可能，将推动物理学科向更高层次发展。
激光物理学的进步继续推动着多个学科的发展。基于CPA技术的超强激光装置如ELI（极端光基础设施）正在全球建设，预计将产生200PW峰值功率的激光，帮助科学家探索恒星内部和核爆等极端环境的物理过程。
光学镊子技术则与生物学深度融合，使科学家能够直接观察和操纵生命的基本单元。正如一位研究人员所说：“能测到更细微的领域，就能发现新的世界，描述新世界的理论就有待突破，一旦突破之后，世界观就会更新”。