超快光纖激光器將會(huì)取代傳統(tǒng)超快激光技術(shù)

    Anatoly Grudinin是Fianium公司的首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人，這是一家英國(guó)的光纖激光器公司，側(cè)重于大產(chǎn)量的超快光纖激光器，用于生物醫(yī)療和工業(yè)市場(chǎng)。自從1980年加入俄羅斯科學(xué)院Lebedev物理實(shí)驗(yàn)室以來(lái)，Grudinin就一直從事光纖光學(xué)工作。在1992年到2003年間，Grudinin在英國(guó)Southampton大學(xué)工作，從事超快光纖激光器和非線性光學(xué)纖維研究。

    記者：超快光纖激光器是如何工作的？ 

    Anatoly Grudinin：在很多方面，超快光纖激光器類似于傳統(tǒng)的連續(xù)波或納秒光纖激光器。這種激光器裝上了主振蕩功率放大器系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)上看，激光器同樣產(chǎn)生持久的、納秒或皮秒脈沖。主要的差別體現(xiàn)在主振蕩器上。 

    在Fianium公司的時(shí)候，我們用半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)作為腔反射鏡之一，SESAM的神奇之處在于它的反射率隨著亮度而增長(zhǎng)，促進(jìn)了超短脈沖的產(chǎn)生。 

    簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，一個(gè)鎖模光纖激光器的零件非常少，并沒(méi)有比一般的光纖激光器復(fù)雜，所以只要組件(SESAM, 摻雜質(zhì)的光纖, 鏡子等)良好，這種激光器就很容易組裝成功。 

    就我們而言，在一個(gè)小于10皮秒的超快脈沖中，振蕩器能夠產(chǎn)生數(shù)十皮焦的脈沖能量。這個(gè)能量可以采用高效的二極管泵浦光纖放大器進(jìn)行放大。這些都是在光纖里面進(jìn)行的工作，無(wú)須大量的光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械調(diào)整和散熱裝置等。 

    記者：為什么超快光纖激光器這么重要？ 

    Anatoly Grudinin：我相信光纖激光器是超快技術(shù)的未來(lái)，持續(xù)的研究可以擴(kuò)展她的能力和應(yīng)用。 

    超快光纖激光器能夠產(chǎn)生很高的峰值功率，甚至超過(guò)幾十兆瓦，光纖和其他組件都有非線性效應(yīng)。在過(guò)去20年，對(duì)超快光纖激光器的研究已經(jīng)取得了一些重要的科研成果，最近，還制造出了有競(jìng)爭(zhēng)力和高品質(zhì)的商用設(shè)備。 

    在這方面，我們有兩個(gè)主要的研究方向。第一個(gè)是開發(fā)高峰值功率或短脈沖激光器。第二個(gè)是采用新材料制作新型光纖激光器，如光子晶體和金屬材料。這些新材料不僅能增加激光器的新功能，還可以擴(kuò)寬波長(zhǎng)范圍，這點(diǎn)在傳統(tǒng)激光器上很難實(shí)現(xiàn)。 

    記者：目前最主要的應(yīng)用是什么？ 

    Anatoly Grudinin：一般說(shuō)來(lái)，超快光纖激光器用在科研上比較多。我們看到多個(gè)科研領(lǐng)域采用了這種激光器，如生物醫(yī)學(xué)成像、半導(dǎo)體制造、檢測(cè)和計(jì)量、光伏制造和激光眼科手術(shù)。很多終端用戶比較欣賞這種激光器的優(yōu)點(diǎn)，可以預(yù)測(cè)未來(lái)3-5年，超快光纖激光器將會(huì)迅速增長(zhǎng)。 

    記者：最近在這個(gè)領(lǐng)域最大的科研成果是什么？ 

    Anatoly Grudinin：無(wú)疑是商用光子晶體光纖(PCFs)的發(fā)明。PCFs 促進(jìn)了光纖散射和非線性管理，這點(diǎn)傳統(tǒng)光纖和光學(xué)元件是做不到的。該成果可以導(dǎo)致采用直接方式對(duì)光纖脈沖進(jìn)行控制和管理。 

結(jié)合超快光纖激光器產(chǎn)生的高峰值功率，PCF讓我們看到基于光纖的系統(tǒng)的美好前景。最明顯的例子是超連續(xù)統(tǒng)一體光纖激光器——這種激光器產(chǎn)生的白光亮度的數(shù)量級(jí)比太陽(yáng)還高。 

    在另一方面，空心PCFs能夠加強(qiáng)光脈沖在空氣中的傳播。這種光纖能夠用來(lái)生產(chǎn)和傳遞非常高的峰值功率(>10 MW)，甚至可以傳遞紫外光。 

    記者：目前超快光纖激光器所面臨的最大挑戰(zhàn)是什么？ 

    Anatoly Grudinin：目前最大的挑戰(zhàn)是要改變?nèi)藗冃哪恐谐旃饫w激光器是復(fù)雜昂貴的印象。這是一個(gè)巨大的障礙，妨礙了超快光纖激光器進(jìn)入工業(yè)加工市場(chǎng)。但是，我認(rèn)為這種情況將在不久的將來(lái)出現(xiàn)變化。作為光纖激光器的一個(gè)分支，超快激光技術(shù)將會(huì)得到更加廣泛的商業(yè)應(yīng)用。 

    記者：下一步的突破將會(huì)是什么? 

    Anatoly Grudinin：回顧可調(diào)諧超快技術(shù)的發(fā)展，特別是染料激光器和鈦藍(lán)寶石激光器。我預(yù)測(cè)這種演變將繼續(xù)，直到鈦藍(lán)寶石激光器退出歷史舞臺(tái)。新的產(chǎn)品將是寬范圍可調(diào)諧的飛秒系統(tǒng)，由超快光纖激光器和客戶定制PCF組成。按目前的發(fā)展速度，這些并不遙遠(yuǎn)。