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用雷射光捕抓粒子 前貝爾實驗室研究員Arthur Ashkin獲頒諾貝爾獎
 

【CTIMES/SmartAuto 報導】   2018年10月08日 星期一

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Arthur Ashkin,前貝爾實驗室(Bell Laboratories)研究員,日前因對「光學鑷子(optical tweezers)的發明和其在生物系統上的應用」貢獻,獲頒2018諾貝爾物理學獎。Arthur Ashkin與Gerard Mourou和Donna Strickland兩位學者共享該獎項,後兩位學者則是以「產生高強度、超短脈衝雷射的方法」獲獎。

Arthur Ashkin
Arthur Ashkin

諾貝爾物理學獎的瑞典皇家科學院評選委員表示,今年獲表揚得獎者的研究是「在雷射物理學領域有突破性的發明。」

Arthur Ashkin於1922年9月2日(今年96歲)在紐約布魯克林出生。他在1947年獲得哥倫比亞大學物理學學士學位,1952年取得康乃爾大學核子物理學博士學位。1942年至 1945年於陸軍服役時,Ashkin任職於哥倫比亞輻射實驗室。1952年他加入AT&T貝爾實驗室,最初從事微波領域的研究,後來轉換至雷射研究。

他在此時期的研究與發表的文章,大都是關於非線性光學、光纖、參數振盪器、參數放大器非線性光學以及雷射捕捉(laser trapping)。1960年代,他與其他學者共同發現了壓電晶體(piezoelectric crystal)的光折變效應(photorefractive effect)。

他和同事首次觀察到連續波、雷射諧波的產生、參數放大,並發現了光折變效應而開始探索光纖中的非線性光學領域。許多人都認為Ashkin是運用雷射輻射壓力的始祖。他在此方面的研究開創了光學捕捉和利用光學梯度壓力操控電介質微粒的發展。

Arthur Ashkin發明了利用雷射光束手指(laser beam finger)捕捉粒子、原子、病毒及其他活細胞的光學鑷子技術。如同貝爾實驗室的其他例子,在進行通訊基礎研究的過程中附帶引發了突破性的發展,而在此案例中,則是光學通訊研究從此進入非線性光學系統的領域。

他從先進階雷射光學的研究成果中,也發展出利用來自高功率雷射的光學「壓力」來控制顯微粒子的能力。在1987年他的研究獲得重大突破,Ashkin利用光學鑷子成功捕捉活體細菌,而且這些細菌毫髮無傷。他率先發明的光學鑷子現已廣泛運用在生命機構原理的研究上。

他的研究根基於基礎雷射物理學和光纖的非線性特質。透過探討非線性的影響以及物質中的科爾效應(Kerr effect,又稱二次光電效應),例如玻璃纖維,Ashkin意會到非線性物質中的自我聚焦和自我捕捉光的能力。這樣的能力在應用於輻射壓力後,發展出操控肉眼可見粒子的能力,也就是今日Ashkin受到諾貝爾獎肯定的發明。

Ashkin在1992年自貝爾實驗室退休,不過,他仍然積極參與貝爾實驗室的家庭活動,他經常會造訪位於紐澤西Holmdel市克勞福德山實驗室(Crawford Hill Laboratory)的咖啡時光和野餐活動。

他是「利用雷射光學捕捉和操縱中性粒子(Optical Trapping and Manipulation of Neutral Particles Using Lasers)」(1997,Ashkin)一書的作者,同時他擁有47項專利。他在科學領域所做的貢獻備受肯定、獲獎無數,包括在1984年當選美國國家工程學院院士、1996年當選美國國家科學院院士、OSA頒發的Ives獎/Quinn獎和Townes獎、IEEE Laser and Electro-Optic Society的量子電子學獎、2003年獲得APS Joseph F. Keithley在量測科學方面頒發的獎項、以及在光電領域的Rank Prize獎。

Ashkin也獲得美國光學學會、美國物理學會及電機電子工程師學會(IEEE)研究員頭銜。

關鍵字: 貝爾實驗室  Arthur Ashkin 
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