曹慧

曹慧
生まれる	1968年6月16日
母校	北京大学 プリンストン大学 スタンフォード大学
科学者としてのキャリア
機関	イェール大学 ノースウェスタン大学
論文	半導体共振器量子電気力学 （1998）
Webサイト	https://www.eng.yale.edu/caolab/

曹蕙（フイ・カオ）は、イェール大学の応用物理学教授、物理学教授、電気工学教授を務める中国系アメリカ人の物理学者です。彼女の研究対象は、メソスコピック物理学、複雑なフォトニック材料とデバイスで、非従来型レーザーとその独自の応用に重点を置いています。彼女は、米国科学アカデミーと米国芸術科学アカデミーの選出会員です。

曹は幼い頃、北京大学の物理学教授である父親から「何が最も遠く、最も速く移動するか」と尋ねられたことがきっかけで物理学に興味を持つようになった。^[1]その答えが光であると知り、彼女は光学の分野に魅了された。^[1]曹は、中国北京の北京大学で物理学の学士号を取得した。 ^[2]大学院での研究のため米国に移り、プリンストン大学で機械・航空宇宙工学の大学院生として入学した。彼女は、米国のトレーニングが独立心と探究心を重視していることを楽しんだ。^[1]修士号を取得した後、曹は応用物理学の博士課程の学生としてスタンフォード大学に入学した。スタンフォードでは、山本喜久とともに半導体キャビティ量子電磁力学に取り組んだ。彼女の博士研究は、Springer Publishingによってモノグラフとして出版された。^[3]彼女と同僚は、新しい励起子ポラリトン発光ダイオードを提案した。^[4]

1997年にスタンフォード大学で博士号を取得した後、曹氏はノースウェスタン大学の物理学部に参加しました。^{[5]彼女はまだ}量子電磁力学に興味を持っていましたが、新しい研究分野を模索し始め、酸化亜鉛の光学特性を研究するロバート・PH・チャンとの共同研究を開始しました。^[1]当時、人々は酸化亜鉛から紫外線レーザーを作成することに関心を持っていましたが、切断やエッチングが難しい酸化亜鉛でレーザーキャビティを作成するのに苦労していました。 [1]多結晶酸化亜鉛フィルムの蛍光を測定しているときに、曹氏はレーザー発振を観察しました。キャビティが存在しないことを考えれば予想外の結果でした。 [1 ^]彼女は後に、このレーザー発振は酸化亜鉛粒子からの光のランダム散乱によるものだと判断しました。^{[1]曹氏は研究の焦点を}ランダムレーザー、つまり多重散乱イベントによってフィードバックが提供されるレーザーに切り替えました。 2008年以来、曹氏はアメリカ物理学会レーザー科学部門の著名な巡回講師を務めている。^[6]彼女のもう一つの関心分野は、内視鏡検査や深部組織イメージングへの応用が期待される、拡散媒体とマルチモードファイバーにおける光輸送のコヒーレント制御である。^[7]

2008年、Cao氏はイェール大学に応用物理学教授および物理学教授として加わった。イェール大学医学部のMichael A. Choma氏と共同で、Cao氏はランダムレーザーシステムに関する知識を、スペックルのないイメージングのための新しい照明源の設計に応用した。イェール大学では、Cao氏はバイオフォトニクスプログラムを開始し、自然界の構造色を研究した。従来のレーザーでは、高い空間コヒーレンスによってスペックルノイズなどのアーティファクトが生じ、フルフィールドイメージングが損なわれる可能性がある。^[1]ランダムレーザーは、従来のレーザーと同様の明るさを持ちながら、発光ダイオード（LED）のように空間コヒーレンスを低くできるため、フルフィールドイメージングや平行投影でスペックルノイズを回避できる。ランダムレーザーは無秩序な材料で作られているため、製造が簡単である。^{[8] Cao氏は、生物医学用途の}光干渉断層撮影用の光源も開発した。^[1]彼女は、高空間コヒーレンスと低空間コヒーレンスを切り替えることができる新しいレーザーシステムを設計し、スペックルフリーイメージング（物体の構造を監視）とスペックルフルイメージング（物体の動きを追跡）の両方を可能にしました。^[1]彼女はそのようなレーザーを、人間の心臓病の動物モデルである生きたオタマジャクシの心拍の画像化に応用しました。

さらに、曹はカオスマイクロキャビティ^[9]レーザー、決定論的非周期レーザー、フォトニックアモルファスレーザー、トポロジカル欠陥レーザーなど、他のタイプの非従来型レーザーも研究しました。^{[10]彼女は}A. ダグラス ストーンと協力して、このようなレーザーシステムをモデル化する新しい数学理論に取り組みました。^[11]曹とストーンは、入射光線が互いに干渉し、出射波を打ち消す装置である反レーザーを作成した最初の研究者でした。^[12]曹はこれらの装置をコヒーレント完全吸収体(CPA) と名付け、光スイッチや放射線医学に使用できることを提案しました。^[12]彼女はまた、レーザー光線の空間波面を形作ることによって、不透明媒体での光透過と吸収を制御できることを示しました。^[13]

イェール大学に移った後、カオはバイオフォトニクスプログラムを開始し、数人の生物学者や材料科学者との共同研究を開始しました。リチャード・プラムとエリック・デュフレーンとの共同研究で、カオは鳥の羽の鮮やかな色が色素ではなくナノ構造によってどのように生成されるかを解明しました。アントニア・モンテリオとともに、カオは構造色の進化とそれが環境によってどのように影響を受けるかを研究しました。彼女は短距離秩序を持つ生体模倣構造のレーザー発振を制御することができました。^[14]

2012年、曹はマルチモードファイバーが超高解像度の広帯域分光計として機能できることを実証しました。ファイバー内の導波モード間の干渉によって生成されるスペックルパターンは、波長ごとに異なり、入力光のスペクトル内容を識別するための指紋として使用できます。2013年、曹は無秩序なフォトニックチップ上に高解像度のマイクロ分光計を実現しました。^[15]彼女はシリコンウェーハに空気穴のランダムな配列を作製しました。^[15]ランダム構造内での多重散乱イベントにより、さまざまな用途に使用できる小型で高解像度の分光計が可能になります。^[15]

曹氏は、新しいフォトニックデバイスに加えて、高出力で安定したレーザーシステムのために非従来型のレーザーも利用した。彼女はロンドン大学インペリアル・カレッジのオートウィン・ヘス氏および南洋理工大学の王奇傑氏と共同で、波カオス空洞と無秩序空洞を利用してフィラメントの形成を阻害した。^{[16] [17]}フィラメントはレーザー動作中に不安定性を引き起こす可能性があり、曹氏はレーザー共振器に波カオスを導入することで放射安定性を大幅に向上できることを示した。^{[18] [19]}

2018年に曹氏はイェール大学バイネケ応用物理学教授に任命され、2019年にはジョン・C・マローン応用物理学および物理学教授に任命された。^{[20] [21]彼女は2017年から}ESPCIパリの国際科学委員会の委員を務めており、^[22]マックス・プランク光科学研究所の諮問委員会の委員も務めている。

• 1999 デイビッド・アンド・ルシール・パッカード科学工学フェローシップ^[要出典]
• 2000年スローン研究フェローシップ^[23]
• 2001年国立科学財団キャリア賞^[24]
• 2004アレクサンダー・フォン・フンボルト財団フリードリヒ・ヴィルヘルム・ベッセル研究賞^[要出典]
• 2006年アメリカ物理学会 マリア・ゲッパート・メイヤー賞^[25]
• 2007年アメリカ物理学会フェローに選出^{[26] [27]}
• 2007年アメリカ光学会フェローに選出^[28]
• 2013 ジョン・サイモン・グッゲンハイム・フェローシップ
• 2014年マイクロスコピー・トゥデイ・イノベーション賞^[29]
• 2015年ウィリス・E・ラムレーザー科学賞^[30]
• 2017年アメリカ科学振興協会フェローに選出^{[31] [32]}
• 2019年電気電子技術者協会フェローに選出
• 2021年米国科学アカデミー会員に選出^[33]
• 2021年アメリカ芸術科学アカデミー会員に選出^[34]
• 2021 IEEEフォトニクス協会（IPS）アロン・クレッセル賞
• 2022年ロルフ・ランダウアー・メダル、国際ETOPIM協会

• Cao, H.; Zhao, YG; Ho, ST; Seelig, EW; Wang, QH; Chang, RPH (1999-03-15). 「半導体粉末におけるランダムレーザー作用」. Physical Review Letters . 82 (11): 2278–2281. Bibcode :1999PhRvL..82.2278C. doi :10.1103/PhysRevLett.82.2278.
• Cao, H.; Xu, JY; Zhang, DZ; Chang, S.-H.; Ho, ST; Seelig, EW; Liu, X.; Chang, RPH (2000-06-12). 「アクティブランダム媒体におけるレーザー光の空間的閉じ込め」. Physical Review Letters . 84 (24): 5584–5587. Bibcode :2000PhRvL..84.5584C. doi :10.1103/PhysRevLett.84.5584. PMID  10991000.
• Cao, H.; Zhao, YG; Ong, HC; Ho, ST; Dai, JY; Wu, JY; Chang, RPH (1998-12-21). 「半導体多結晶膜の散乱により形成された共振器における紫外線レーザー発振」.応用物理学レター. 73 (25): 3656–3658.書誌コード:1998ApPhL..73.3656C. doi :10.1063/1.122853. ISSN  0003-6951.