唐娜·斯特里克蘭：高強度激光辟蹊徑

王江山

與科學結緣的童年

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，也許已經暗示了她未來的職業方向。

長大后，唐娜決定選擇理工科作為終身職業，她被安大略省漢密爾頓市的麥克馬斯特大學錄取了。可在選擇專業時，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）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域，全班25個同學中只有3名女性。當年輕的唐娜發現工程物理的主要研究領域是光電和激光時，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：數學與科學。對學術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。可是這個領域一直有個難題：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。

唐娜和她的導師杰拉德決心開發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時間，以此來產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的實驗，他們將實驗成果發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，所以人們形象地將這種技術稱為“激光啁啾脈沖放大技術”（Chirped Pulse Amplification，簡稱CPA）。

這項技術在后來得到了廣泛的應用，直到現在，仍然是物理學的前沿領域。師生二人的工作使得激光的應用突破了瓶頸，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”，在許多領域（如眼科手術、激光加工、能源應用等）中，這項技術都大顯身手;它也很“高大上”，如能用來研究質子和電子的性質，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，她致力于開發用于非線性光學研究的高強度激光系統。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。”

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導者，致力于創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生和基于雙色光纖激光系統的中紅外激光的產生;她的研究范疇還拓展到了醫學界—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和洞察力去完成實驗，何況，在她獲獎之前，就已經是激光領域的“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 ? 美術編輯/胡美巖）