外眼 | 2018诺奖得主、加拿大物理学家唐娜·斯特里克兰：基础科学催生“有用的创新”

时隔半个多世纪，她成为继1903年玛丽·居里和1963年玛丽亚·戈培特·梅尔之后第三位获得诺贝尔物理学奖的女性。 2018年诺奖得主、加拿大滑铁卢大学教授唐娜·斯特里克兰和另两位科学家在激光物理领域取得了开创性发明，即啁啾脉冲放大技术（Chirped Pulse Amplification, CPA）。10月8日，应中加国际创新中心邀请，首度到访深圳的她特别关注基础科学领域的研究，前往深圳的诺奖科学家实验室和其他科研机构实地探访。在与记者的交流中，一位幽默风趣的女性科学家跃然眼前，科学原理娓娓道来，说到兴奋之处还不时可以听到爽朗的笑声。斯特里克兰享受基础科学研究的过程，因为这是持续创新的源泉，她寄望深圳通过培养青年科学家的原创性科学思维，在基础创新领域不断实现新突破。

持续创新源于基础科学

首次来访深圳的斯特里克兰多次用“Amazing！”来描述眼前这座城市的发展，科研机构和大学的兴起都让她感受到政府对于科学和创新的关注和重视，她认为一些以企业为主导的创新中心以及科研机构的创建模式对于其他中国城市而言是一个非常好的范例。

斯特里克兰特别提到此次邀请她访问深圳的中加国际创新中心董事长齐佳，在她看来，该中心为深圳与加拿大创新科技人才和项目资源建立了有效对接模式，为深圳与加拿大著名高校和创新机构建立战略合作伙伴，共同开展创新合作。

作为一名科学家，她更加关注深圳的基础研究，“基础科学的研究是持续创新的源泉，在这样一座青春之城里，需要不断向科研和创新进行大量投入来激发新经济的增长， 同时也要激发更多学生以及年轻人在实验室研究过程中发挥更多想象力和创造力，”在她看来，深圳在基础创新领域要有所突破，就需要培养青年科研人员的原创性科学思维和捕捉新事物的敏锐力，在知识更新和连续创业过程中，不断进行探索、辩证和反思。

致力于激光物理学革新

谈起为何独辟蹊径研究啁啾脉冲放大技术（Chirped Pulse Amplification CPA），斯特里克兰表示，这一切都源于她想知道是否能将激光的强度加强若干个数量级以及在这种相互作用中物质会如何影响光，既是好奇心使然也是研究方向所需。当时她在罗切斯特大学攻读博士学位，在研究小组里她是唯一研究这个问题的学生，她用了一年的时间来建造激光器并证明了激光的强度确实可以提高若干个数量级。

事实上，CPA制造出了有史以来最强的激光脉冲，这一发现改变了世界对于原子与强光如何相互作用的理解。大约过了十年之后，如今常见的激光脉冲用途才得以呈现。斯特里克兰告诉记者，CPA应用领域非常广泛，由于高强度的脉冲很短，激光只会对它所作用的区域造成损害。在激光眼科手术中，外科医生可以用CPA切割病人的角膜；它也能干净利落地切割手机中的玻璃部件。目前， 科学家们正在研究一种用最强的CPA激光来加速质子的方法，今后，这些加速粒子能够帮助外科医生切除现在无法切除的脑瘤。

在知识积累与试错中发现科学问题

“创新”一词是斯特里克兰到访深圳行程中听到最多的关键词，“创新是一种全新的方式和思维，改变人们原有的生活工作方式，”她以观影方式的变革即从投影仪到LED再到3D来描述她眼中的创新，实际应用或者说是“有用的创新”当然值得关注，但在大众了解它们之前，首先需要的是研究人员通过知识的积累和试错的过程去发现创新背后的基本科学问题。

斯特里克兰认为：“大学在培养下一代研发者过程中扮演着十分重要的角色，在教学和研究两者之间找到平衡点，创意并非发明，发明并非产品和技术，产品技术并非市场。创新是创意加发明再加上应用，”在她看来，深圳的发展取决于其对基础科学领域的持续关注，其面临的挑战是如何更好地建设创新框架或是创新生态，这是一种“有用的创新”，即具备在全球开展合作与竞争的能力。深圳市政府给予科学家资金和时间，让他们去从事基于好奇心而发展起来的长期基础科学研究，这是非常可贵的，那些对工业或经济看似没有直接影响的研究往往是在三年、五年甚至是更长时间内才有显现其价值。

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名词解释

啁啾脉冲放大技术（Chirped Pulse AmplificationCPA）

“啁啾”二字最早出自唐朝诗人王维《黄雀痴》中的诗句“到大啁啾解游颺，各自东西南北飞”，原指鸟儿的不同叫声，在激光中指的则是不同频率，是对这项技术原理的形象化表述。这一技术的原理大体上可以表述为：将一段短脉冲在时域上展宽，然后放大，再进行压缩。当脉冲展宽时，功率的极值会变得非常低，因此，即便放大到很高的倍数，也不会烧毁放大器；然后，再在时域上对脉冲进行压缩，可以极大增强脉冲的强度。使用这项技术后，脉冲可以短到飞秒（10-15秒）量级，功率可以达到太瓦（1012瓦特）量级。通过这一技术，激光脉冲变得更短，强度变得更高。正是这项技术的发明，使得超快、超强激光得到了快速发展。

人物档案

唐娜·斯特里克兰Donna Strickland

1959年出生于加拿大安大略省圭尔夫市，获加拿大麦克马斯特大学工程物理学士学位和美国罗彻斯特大学物理学（光学）博士学位，目前任加拿大滑铁卢大学教授，其研究主要集中于开发高强度激光脉冲技术及其应用。

斯特里克兰的主要贡献是其就读博士期间在其导师杰哈·莫罗Gérard Mourou，同样获得2018年诺贝尔物理学奖）的指导下发明的一种名为“啁啾脉冲放大”的技术，该技术被普遍应用于超强超短脉冲激光系统中。这种脉冲放大技术能让激光以极高的精确度在各种材料商进行切割、钻洞等操作，还可对生物组织进行操作，并应用于眼科手术，该技术尤其对于中红外波长激光的产生具有重要意义，以供生物指纹、天文以及军事等方面的应用需求。

2018年，斯特里克兰和来自美国、法国的两位科学家因在激光物理领域的突破性发明而共同获得2018年诺贝尔物理学奖，她也因此成为继1903年玛丽·居里和1963年玛丽亚·戈培特·梅尔之后第三位获得诺贝尔物理学奖的女性。

见习编辑 关越