唐娜·斯特里克蘭：高強度激光辟蹊徑

王江山

與科學結(jié)緣的童年

1959年5月27日，唐娜·斯特里克蘭出生在加拿大安大略省圭爾夫，這是一個大學城，距離多倫多只有一個小時的車程。她的父親是電氣工程師，母親是英語老師。當唐娜還是個孩子的時候，父母曾帶她去參觀安大略科學中心。父親特意帶她去看博物館里巨大的激光器，希望能引起她的興趣。而多年以后，雖然唐娜已經(jīng)不能確切回憶起那次旅行，但毫無疑問，科學中心里的一切在她幼小的心里埋下了一顆科學的種子。父親帶她看過的那座巨大的激光器，也許已經(jīng)暗示了她未來的職業(yè)方向。

長大后，唐娜決定選擇理工科作為終身職業(yè)，她被安大略省漢密爾頓市的麥克馬斯特大學錄取了?？稍谶x擇專業(yè)時，她卻犯了難：是選擇有更多工作機會的電氣工程（這也意味著她能進入父親的行業(yè)）還是選擇自己更感興趣的物理呢？

幸運的是，麥克馬斯特大學的一門混合學科—工程物理—將她從左右為難中解救了出來。這在當時算是個很新的學科，也被認為是男性的領(lǐng)域，全班25個同學中只有3名女性。當年輕的唐娜發(fā)現(xiàn)工程物理的主要研究領(lǐng)域是光電和激光時，忍不住感嘆：“天哪，聽起來真酷！”

唐娜雖是女孩，她的父親卻總是鼓勵她不斷進取，不被傳統(tǒng)的性別刻板印象所困。她讀研究生時，加拿大開啟了太空計劃，父親甚至認真地問過她是否想成為一名宇航員。但是唐娜拒絕了這個建議，她并非沒有探索太空的勇敢，只不過她擅長的事情在其他方面：數(shù)學與科學。對學術(shù)的渴望使得她決心獲得博士學位，施展抱負。后來唐娜如愿進入羅切斯特大學攻讀博士學位，師從著名學者杰拉德·穆盧，而她的傳奇故事，也將從這里開始。

如“鳥鳴”的激光

唐娜在激光能量學的相關(guān)實驗室開始進行博士研究。那時激光作為一種科學研究的重要工具，吸引了許多人的目光?？墒沁@個領(lǐng)域一直有個難題：激光能量雖然有限，但當它在極短的時間尺度上釋放的時候，就會產(chǎn)生非常強大的能量。激光的能量越高，脈沖寬度越短，峰值功率就越高。當激光脈沖的最大強度達到1GW/cm2時，因為峰值功率過強，用來產(chǎn)生這種脈沖的放大器本身就會遭到損壞，這樣一來，人們就無法很好地利用高強度激光了。

唐娜和她的導(dǎo)師杰拉德決心開發(fā)一種可以提高激光脈沖峰值功率的實驗裝置，來克服這種限制。他們的思路是這樣的：先將一段短的激光脈沖在時間上拉長，在降低能量密度的情況下放大，放大后再將每個脈沖壓縮回原來的持續(xù)時間，以此來產(chǎn)生太瓦強度的超短光脈沖。而當脈沖被拉長之后，峰值功率就會大幅下降，這樣一來，人們就能得到能量更強、更穩(wěn)定可控的脈沖，卻不會破壞放大器了。

杰拉德讓唐娜進行相關(guān)的實驗，他們將實驗成果發(fā)表在當時一個并不是特別出名的期刊《光學通訊》（Optics Communication）上，唐娜是第一作者。她那時也許做夢都不會想到，自己在博士期間做的這項工作，竟然會在多年后獲得諾貝爾物理學獎。

這種脈沖前沿與后沿的頻率不同，就像鳥的鳴叫一般，大多時候是前面低、后面高，啁啾鳥鳴，高低婉轉(zhuǎn)，所以人們形象地將這種技術(shù)稱為“激光啁啾脈沖放大技術(shù)”（Chirped Pulse Amplification，簡稱CPA）。

這項技術(shù)在后來得到了廣泛的應(yīng)用，直到現(xiàn)在，仍然是物理學的前沿領(lǐng)域。師生二人的工作使得激光的應(yīng)用突破了瓶頸，在不破壞元器件的前提下大大提高了激光強度，很多以前受困于這個問題的工作都可以開展了。它十分“接地氣”，在許多領(lǐng)域（如眼科手術(shù)、激光加工、能源應(yīng)用等）中，這項技術(shù)都大顯身手;它也很“高大上”，如能用來研究質(zhì)子和電子的性質(zhì)，推進高能物理與核物理的進步等。

“激光運動員”

從1988年到1991年，唐娜一直是加拿大國家研究委員會的一名助理研究員，那里有當時世界上最強大的短脈沖激光器，她致力于開發(fā)用于非線性光學研究的高強度激光系統(tǒng)。她喜歡把自己描述成一個“激光運動員”，她曾這樣對記者說：“我認為，這是因為我們認為自己對此很在行。作為一名實驗研究員，你不僅需要了解物理學，還必須能做出一些實際的工作。而在那些日子里，對激光的研究工作是非常繁瑣的?！?/p>

1997年，唐娜收到了滑鐵盧大學的offer，后來她成了那里的超快激光研究小組的領(lǐng)導(dǎo)者，致力于創(chuàng)造出人們從未見過的激光：她準備將超快光學科學的邊界推進到新的波長范圍（如中紅外和紫外），其中包括基于多頻拉曼光譜的超短脈沖的產(chǎn)生和基于雙色光纖激光系統(tǒng)的中紅外激光的產(chǎn)生;她的研究范疇還拓展到了醫(yī)學界—研究高功率激光在人眼微晶狀體中的作用，在此過程中可以對眼球晶體進行微加工，這樣就有希望治愈老花眼。

唐娜認為，自己和她的前輩—同樣獲得諾貝爾物理學獎的女性科學家瑪麗·居里和瑪麗亞·格佩特-邁耶不同，她在職業(yè)生涯中一直都得到了平等的對待：與男同事同工同酬，也獲得同樣多的機會。唐娜認為，自己能獲得諾貝爾獎，正是時代進步的象征。

屬于自己的精彩之路

唐娜獲獎以后，有媒體傳出了一些質(zhì)疑的聲音：有些人認為她能得獎不過是因為運氣好。因為她當年所做的實驗并不難完成，一切都是湊巧。但毫無疑問，如果沒有持之以恒的努力和興趣，唐娜不可能有足夠的技術(shù)和洞察力去完成實驗，何況，在她獲獎之前，就已經(jīng)是激光領(lǐng)域的“大佬”了。

這些年來，唐娜一直全身心地進行自己熱愛的科學研究。當她獲得諾貝爾獎時，許多評論家都對她還不是正教授感到驚訝，而她回應(yīng)說，因為自己“從未申請過正教授職位”“我只做我想做的，而那（申請正教授職位）不值得做”。

獲獎與否，也許有運氣的加持，但能不能成為一個科學大家，卻全要靠自己的努力。唐娜在激光物理的領(lǐng)域獨辟蹊徑，走出了一條女性科學家的精彩之路。

（責任編輯/朱文超 ? 美術(shù)編輯/胡美巖）