Valosta työkaluja Fysiikan Nobel-palkinnot 2018 Prof. Martti Kauranen Tampereen (teknillinen) yliopisto
Fysiikan Nobel-palkinnot 2018 perustavaa laatua olevista keksinnöistä koskien laserfysiikkaa Arthur Ashkin Gerard Mourou Donna Strickland optisista pinseteistä ja niiden sovelluksista biologisissa systeemeissä kehittämästään menetelmästä, jonka avulla voidaan saada aikaan korkeatehoisia ja ultralyhyitä optisia pulsseja
Sisältö Optiikka ja fotoniikka Henkilöt ja paikat Optiset pinsetit Ultranopeat laserit Nobel-politiikka Optiikan ja fotoniikan Nobel-palkintoja Optiikka ja fotoniikka Tampereella
Optiikka ja fotoniikka Optiikka Fysiikan osa-alue, joka tutkii valoa ja valon ja aineen vuorovaikutusta Fotoniikka teknologiat, jotka käyttävät hyväksi optisia ilmiöitä Optoelektroniikka optisen menetelmän lisäksi myös elektroniikka keskeisessä roolissa Edullista perustutkimusta Sovellukset voivat tulla nopeasti
Arthur Ashkin 2.9.1922, Brooklyn, New York, USA 1947 Columbian yliopisto, NY, USA 1947-1952 Cornellin yliopisto, NY, USA Väitös 1952 1952-1992 Bell Labs, Holmdel, NJ, USA Nobel-palkintoon johtava työ 1970 1992 Eläkkeelle Tutkimusta kotona
Gerard Mourou 22.6.1944, Albertville, Ranska 1973 Väitöstyö, Pierre ja Marie Curie yliopisto 1973-1974 Kalifornian yliopisto, San Diego 1973-1977 ENSTA Paris Tech korkeakoulu 1977-1988 Rochesterin yliopisto, USA Nobel-palkintoon johtava työ 1985 1988-2004 Michiganin yliopisto, USA 2005-2008 ENSTA Paris Tech, CNRS, École Polytechnique 2008- École Polytechnique
Donna Strickland 27.5.1959, Guelph, Ontario, Kanada 1977-1981 McMaster yliopisto, Kanada 1981-1989 Rochesterin yliopisto, USA Nobel-palkintoon johtava työ 1985 Väitös 1989 1988-1991 Kanadan kansallinen tutkimusneuvosto 1992 Lawrence Livermore laboratorio, USA 1992-1997 Princetonin yliopisto, USA 1997- Waterloon yliopisto, Kanada 3. naispuolinen fysiikan nobelisti Edellinen 55 v. sitten
Maantiede
Bell-laboratorio Esimerkillinen teollisuuslaboratorio 1877 Keksintöjä Transistori, CCD-kenno, kaasulaser, informaatioteoria, C, C++ ja S -ohjelmointikielet, Unix-käyttöjärjestelemä, radioastronomia 9 Nobel-palkintoa Alexander Graham Bell 1925 1996 2006 2016
Rochesterin yliopisto Eastman School of Music USA:n johtavia konservatorioita Optiikan instituutti Perustettu 1929 Ensimmäinen optiikan tutkimusta painottava yksikkö USA:ssa Melkein Nobelistit: Emil Wolf, Leonard Mandel George Eastman Laboratory of Laser Energetics USA:n energiaministeriö rahoittaa Laser-fuusion tutkimus Omega-laserin 60 sädettä
Optiset pinsetit Valon liikemäärä Säteen kulkusuunnassa Hiukkasiin kohdistuu voima Valon taittuminen pienhiukkasissa Voima liikemäärän muutokselle vastakkaiseen suuntaan Hiukkanen pyrkii säteen keskelle voimakkaan valon alueelle Fokusoitu lasersäde Vangitsee hiukkasen lähelle säteen polttopistettä voima hiukkanen sivussa hiukkanen keskellä
Optiset pinsetit Valon liikemäärä Säteen kulkusuunnassa Hiukkasiin kohdistuu voima Valon taittuminen pienhiukkasissa Voima liikemäärän muutokselle vastakkaiseen suuntaan Hiukkanen pyrkii säteen keskelle voimakkaan valon alueelle Fokusoitu lasersäde Vangitsee hiukkasen lähelle säteen polttopistettä voima hiukkanen sivussa hiukkanen keskellä www.thorlabs.com
Optisten pinsettien sovelluksia Uudet kohteet Atomit ja molekyylit Elävät solut, bakteerit ja virukset Biologisia sovelluksia Molekyylien voima ja liikemittaukset Solujen lajittelu
Optisten pinsettien sovelluksia
Optisten pinsettien sovelluksia Uudet kohteet Atomit ja molekyylit Elävät solut, bakteerit ja virukset https://youtu.be/ju6wenptxu8 Biologisia sovelluksia Molekyylien voima ja liikemittaukset Solujen lajittelu
Laserit pumppaus Valovahvistin Tuodaan energiaa ulkoa Valovahvistin + takaisinkytkentä Laser käynnistyy itsestään heikko signaali valovahvistin vahva signaali Ominaisuuksia Suunnattu kirkas valonsäde Koherenssi
Laserit pumppaus Valovahvistin Tuodaan energiaa ulkoa Valovahvistin + takaisinkytkentä Laser käynnistyy itsestään heikko signaali valovahvistin vahva signaali Ominaisuuksia Suunnattu kirkas valonsäde Koherenssi lasersäde kaviteetti
Laserit pumppaus Valovahvistin Tuodaan energiaa ulkoa Valovahvistin + takaisinkytkentä Laser käynnistyy itsestään heikko signaali valovahvistin vahva signaali Ominaisuuksia Suunnattu kirkas valonsäde Koherenssi lasersäde kaviteetti
Ultralyhyet pulssit Moodilukitus Monta aallonpituutta/taajuutta yhdessä Aikakuvaus Syntyy pulssijono Pulssinpituus Suoraan laserista 5 fs = 0,000000000000005 s Aallonpituuden muutoksella 200 as aika
Ultralyhyet pulssit Moodilukitus Monta aallonpituutta/taajuutta yhdessä Aikakuvaus Syntyy pulssijono Pulssinpituus Suoraan laserista 5 fs = 0,000000000000005 s Aallonpituuden muutoksella 200 as aika
Ultralyhyet pulssit Moodilukitus Monta aallonpituutta/taajuutta yhdessä Aikakuvaus Syntyy pulssijono Pulssinpituus Suoraan laserista 5 fs = 0,000000000000005 s Aallonpituuden muutoksella 200 as aika
Vahvistus (Nobel-työ 1985) Lyhyt pulssi Venytetty pulssi Vahvistettu venytetty pulssi Yhteen puristettu voimakas pulssi Hilapari venyttää pulssin Vahvistin Hilapari puristaa pulssin yhteen
Ultralyhyiden pulssien sovelluksia Vahvat kentät ja attofysiikka Voimakkaat optiset kentät muuttavat materiaalien ominaisuuksia Erittäin nopeiden ilmiöiden mittaaminen atomeissa ja molekyyleissä Hiukkaskiihdyttimet Kompakti koko mahdollistaa sovellukset sairaaloissa Säteilyhoidot Teollisuus ja lääketiede Materiaalien työstö
Ultralyhyiden laserpulssien etuja Erinomainen säteen laatu Tasainen intensiteettijakauma Ultralyhyet pulssit 100 fs = 0.0000000000001 s Korkea huipputeho Pieni pulssinenergia Epälineaarinen vaste Vain polttopisteessä tapahtuu ns fs Termiset ongelmat voidaan minimoida B.N. Chichkov et al., Appl. Phys. A 63, 109 (1996)
LASIK-silmäleikkaus Femtosekuntilaser irrottaa läpän sarveiskalvon pinnasta Eksimeerilaser muotoilee sarviskalvon taittovoimakkuus korjaantuu www.terveystalo.com www.eyemind.nl
ELI-infrastruktuuri Gérard Mourou Hankkeen isä Paikat Romania, Unkari, Tsekin tasavalta
Fysiikan Nobel 1997 Atomien jäähdytys ja vangitseminen lasereiden avulla Steven Chu, Stanford C. Cohen-Tannoudji Collége de France William D. Phillips, NIST
Steven Chu 28.2.1948, St. Louis, Missouri, USA 1970 Rochesterin yliopisto, NY, USA 1971-1978 Kalifornian yliopisto, Berkeley, USA Väitös 1976 1978-1987 Bell Labs, Holmdel, NJ, USA Atomien laserjäähdytys Ashkinin kanssa 1997 Nobel-palkintoon johtava työ 1985 1987- Stanfordin yliopisto, CA, USA 2004- Lawrence Berkeley -laboratorio 2009-2013 USA:n energiaministeri
Fysiikan Nobel 1974 Radioastronomia Jocelyn Bell Burnell Ensimmäinen havainto pulsareista 1967 Jatko-opiskelija Cambridgen yliopistossa Ei saanut Nobel-palkintoa 2,3 M Breakthrough Prize 2018 Anthony Hewitt Bell Burnellin ohjaaja Martin Ryle Anthony Hewitt Jocelyn Bell Burnell Martin Ryle
Optiikan ja fotoniikan Nobel-palkintoja Vuosi Ala Aiheet 2005 Fysiikka Koherenssin kvanttiteoria, taajuuskampaan perustuva tarkkuusspektroskopia 2008 Kemia Vihreä fluoresoiva proteiini 2009 Fysiikka Kuituoptinen tiedonvälitys, CCD-kenno kuvadetektorina 2012 Fysiikka Kvanttisysteemien mittaus ja manipulointi 2014 Fysiikka Siniset LED-valonlähteet 2014 Kemia Superresoluutiomikroskopia 2017 Fysiikka LIGO-interferometri ja painovoima-aallot
Optiikka ja fotoniikka Tampereella Yliopiston strateginen kärkialue 2019 alusta yli 10 professoria Fysiikka, kemia, materiaalitiede Perustutkimus Ultranopeat laserit ovat perustyökaluja Epälineaariset ilmiöt Uudet materiaalit ja nanorakenteet Sovellukset Uudet valonlähteet Spektroskopia Lääketiede