Теодор Хенш: лауреат Нобелевской премии и пионер лазерной спектроскопии.

Введение

Немецкий физик и лауреат Нобелевской премии Теодор Вольфганг Ханш (род. 30 октября 1941 года) — немецкий физик. Он получил одну треть Нобелевской премии по физике 2005 года «за вклад в развитие лазерной прецизионной спектроскопии, включая технику оптического гребенчатого спектра», разделив премию с Джоном Л. Холлом и Роем Дж. Глаубером. Ханш — директор Института Макса Планка квантовой оптики и профессор экспериментальной физики и лазерной спектроскопии в Людвиг-Максимилианском университете в Мюнхене, Бавария, Германия.

Биография

Он получил среднее образование в гимназии Гельмгольца в Гейдельберге и диплом и докторскую степень в университете Рупрехта Карла в Гейдельберге в 1960-х годах. Впоследствии, с 1970 по 1972 год, он был постдоком НАТО в Стэнфордском университете под руководством Артура Л. Шаулоу. С 1975 по 1986 год Ханш работал ассистентом профессора в Стэнфордском университете (Калифорния). В 1983 году он был удостоен премии Комстока по физике Национальной академии наук. В 1986 году он получил медаль Альберта А. Микельсона от Института Франклина. В том же году Ханш вернулся в Германию, чтобы возглавить Институт квантовой оптики имени Макса Планка. В 1989 году он получил премию Готфрида Вильгельма Лейбница от Deutsche Forschungsgemeinschaft – высшую награду, присуждаемую в Германии за достижения в области науки. В 2005 году он также получил премию Отто Хана от города Франкфурта-на-Майне, Общества немецких химиков и Немецкого физического общества. В том же году Оптическое общество Америки наградило его медалью Фредерика Айвса, а в 2008 году присвоило ему статус почетного члена. Один из его учеников, Карл Э. Виман, получил Нобелевскую премию по физике в 2001 году. В 1970 году он изобрел новый тип лазера, генерирующий световые импульсы с исключительно высоким спектральным разрешением (то есть все фотоны, испускаемые лазером, имели почти одинаковую энергию с точностью до одной миллионной). С помощью этого устройства ему удалось измерить частоту перехода линии Балмера атомного водорода с гораздо большей точностью, чем ранее. В конце 1990-х годов он и его коллеги разработали новый метод измерения частоты лазерного света с еще большей точностью, используя устройство, называемое генератором оптической частотной гребенки. Это изобретение затем было использовано для измерения линии Лаймана атомного водорода с необычайной точностью – одна часть на сто триллионов. При такой высокой точности стало возможным искать возможные изменения фундаментальных физических констант Вселенной с течением времени. За эти достижения он стал одним из лауреатов Нобелевской премии по физике за 2005 год.

Hänsch received his secondary education at Helmholtz Gymnasium Heidelberg and gained his Diplom and doctoral degree from Ruprecht Karls Universität Heidelberg in the 1960s. Subsequently, he was a NATO postdoctoral fellow at Stanford University with Arthur L. Schawlow from 1970 to 1972. Hänsch became an assistant professor at Stanford University, California from 1975 to 1986. He was awarded the Comstock Prize in Physics from the National Academy of Sciences in 1983. In 1986, he received the Albert A. Michelson Medal from the Franklin Institute. In the same year Hänsch returned to Germany to head the Max Planck Institut für Quantenoptik. In 1989, he received the Gottfried Wilhelm Leibniz Prize of the Deutsche Forschungsgemeinschaft, which is the highest honour awarded in German research. In 2005, he also received the Otto Hahn Award of the City of Frankfurt am Main, the Society of German Chemists and the German Physical Society. In that same year, the Optical Society of America awarded him the Frederic Ives Medal and the status of honorary member in 2008. One of his students, Carl E. Wieman, received the Nobel Prize in Physics in 2001. In 1970 he invented a new type of laser that generated light pulses with an extremely high spectral resolution (i. e. all the photons emitted from the laser had nearly the same energy, to a precision of 1 part in a million). Using this device he succeeded to measure the transition frequency of the Balmer line of atomic hydrogen with a much higher precision than before. During the late 1990s, he and his coworkers developed a new method to measure the frequency of laser light to an even higher precision, using a device called the optical frequency comb generator. This invention was then used to measure the Lyman line of atomic hydrogen to an extraordinary precision of 1 part in a hundred trillion. At such a high precision, it became possible to search for possible changes in the fundamental physical constants of the universe over time. For these achievements he became co recipient of the Nobel Prize in Physics for 2005.

История Нобелевской премии

Нобелевская премия была присуждена профессору Ханшу в знак признания работы, которую он проделал в конце 1990-х годов в Институте Макса Планка в Гархинге, недалеко от Мюнхена, Германия. Он разработал оптический "синтезатор частотного гребня", который впервые позволяет с высокой точностью измерять количество колебаний света в секунду. Эти оптические измерения частоты могут быть в миллионы раз точнее, чем предыдущие спектроскопические определения длины волны света. Работа в Гархинге была мотивирована экспериментами по высокоточной лазерной спектроскопии атома водорода. Этот атом имеет особенно простую структуру. Точно определяя его спектральную линию, ученые смогли сделать выводы о том, насколько обоснованы наши фундаментальные физические константы – если, например, они медленно меняются со временем. К концу 1980-х годов лазерная спектроскопия водорода достигла максимальной точности, допускаемой интерферометрическими измерениями оптических длин волн. Исследователи из Института квантовой оптики Макса Планка, таким образом, стали искать новые методы и разработали оптический синтезатор частотного гребня. Его название происходит от того, что он генерирует световой спектр из изначально одноцветных ультракоротких импульсов света. Этот спектр состоит из сотен тысяч резких спектральных линий с постоянным интервалом частот. Такой частотный гребень похож на линейку. Когда определяется частота определенного излучения, ее можно сравнить с чрезвычайно четкими спектральными линиями гребня, пока не будет найдена линия, которая "подходит". В 1998 году профессор Ханш получил исследовательскую премию Филиппа Морриса за разработку этого "измерительного прибора". Одним из первых применений этого нового типа источника света было определение частоты очень узкого ультрафиолетового водорода 1S 2S двухфотонного перехода. С тех пор частота определена с точностью до 15 десятичных знаков. Частотный гребень теперь служит основой для оптических измерений частоты в большом количестве лабораторий по всему миру. С 2002 года компания Menlo Systems, в создании которой сыграл роль Институт Макса Планка в Гархинге, поставляет коммерческие синтезаторы частотного гребня в лаборатории по всему миру.

The Nobel Prize was awarded to Professor Hänsch in recognition for work that he did at the end of the 1990s at the Max Planck Institute in Garching, near Munich, Germany. He developed an optical "frequency comb synthesiser", which makes it possible, for the first time, to measure with extreme precision the number of light oscillations per second. These optical frequency measurements can be millions of times more precise than previous spectroscopic determinations of the wavelength of light. The work in Garching was motivated by experiments on the very precise laser spectroscopy of the hydrogen atom. This atom has a particularly simple structure. By precisely determining its spectral line, scientists were able to draw conclusions about how valid our fundamental physical constants are – if, for example, they change slowly with time. By the end of the 1980s, the laser spectroscopy of hydrogen had reached the maximum precision allowed by interferometric measurements of optical wavelengths. The researchers at the Max Planck Institute of Quantum Optics thus speculated about new methods, and developed the optical frequency comb synthesizer. Its name comes from the fact that it generates a light spectrum out of what are originally single colour, ultrashort pulses of light. This spectrum is made of hundreds of thousands of sharp spectral lines with a constant frequency interval. Such a frequency comb is similar to a ruler. When the frequency of a particular radiation is determined, it can be compared to the extremely acute comb spectral lines, until one is found that "fits". In 1998, Professor Hänsch received a Philip Morris Research Prize for the development of this "measurement device". One of the first applications of this new kind of light source was to determine the frequency of the very narrow ultraviolet hydrogen 1S 2S two photon transition. Since then, the frequency has been determined with a precision of 15 decimal places. The frequency comb now serves as the basis for optical frequency measurements in large numbers of laboratories worldwide. Since 2002, the company Menlo Systems, in whose foundation the Max Planck Institute in Garching played a role, has been delivering commercial frequency comb synthesizers to laboratories all over the world.

Разработка лазера

Ханш внедрил внутрирезонаторное телескопическое расширение пучка в решетчатые лазерные генераторы, тем самым создав первый лазер с узкой настраиваемой спектральной шириной линии. Это изобретение признано оказавшим значительное влияние на разработку последующих узколинейных многопризменных решетчатых лазерных генераторов. В свою очередь, настраиваемые узколинейные органические и твердотельные лазеры, использующие полное освещение дифракционной решетки, оказали существенное воздействие на лазерную спектроскопию.