采訪英國南安普頓大學光電子研究中心教授David N Payne爵士

個(ge) 人簡介
David N. Payne爵士是英國的光電子學教授，擔任南安普頓大學光電子研究中心主任。在過去的五十年間，他在光纖通信領域做出了重大貢獻，影響了電信和激光技術的發展。Payne教授的工作涵蓋了光電子學的很多領域，包括通信、光學傳(chuan) 感、納米光子學和光學材料等等。因其在光電子學領域的卓越貢獻，電氣和電子工程師協會(hui) （IEEE）授予他2007年光子學獎章，他是第一位獲此殊榮的非美國人。2013年因其在光子學領域的卓越貢獻，名列英國女王新年嘉獎名單中，獲得了騎士爵位。David N. Payne爵士被譽為(wei) “光纖激光之父”。

1. 請您描述一下您從(cong) 事光纖激光研究的經曆。

Payne爵士：我的光纖激光事業(ye) 始於(yu) 1985年在英國南安普頓大學。在此之前，我們(men) 隻是世界上研究電信光纖的關(guan) 鍵實驗室的其中一個(ge) 。到了80年代，電信光纖發展到大規模生產(chan) ，我們(men) 就想研究點別的東(dong) 西。當時，我們(men) 大學是世界上唯一一所擁有光纖製造設備的大學，我們(men) 在那裏度過了美妙的時光。我們(men) 提出了特種光纖的概念，然後這些光纖在電流監測器、光纖陀螺儀(yi) 的偏振保持光纖、金屬偏振器等領域中找到了應用。後來，我們(men) 發現了一種將稀土摻入光纖中的方法。稀土一直被認為(wei) 是激光材料，而通常要在晶體(ti) 中製成短脈衝(chong) 激光係統。我們(men) 發現，如果我們(men) 讓稀土在光纖芯中保持少量的水平，將其從(cong) 末端泵入（這對於(yu) 激光來說是不尋常的），那麽(me) 我們(men) 可以以非常高的效率製出大約十米長的激光束。這是在1985年。我們(men) 馬上開始把所有的稀土係列材料逐一放入光纖芯，看看會(hui) 發生什麽(me) 。今天大家所知道的每一種摻雜稀土的光纖激光器，都源於(yu) 我們(men) 當年在南安普頓大學的研究經曆。那時它們(men) 還處於(yu) 毫瓦級，沒有人會(hui) 對一個(ge) 最大隻有一瓦的東(dong) 西感興(xing) 趣，那就驅使我們(men) 開始研發光纖激光器。

我們(men) 一直相信光纖激光器可以發射高功率，但是我們(men) 不得不等待二極管激光泵的發展以及其價(jia) 格的降低。在1985年二極管激光泵還不可用，所以我們(men) 的研究有點超前了。當二極管激光泵變得可用的時候，我們(men) 接到了來自美國國防高級研究計劃局DARPA的電話。他問我們(men) 的光纖激光器能有多大功率。我回答得很快，因為(wei) 我真的不知道。我就說“一千瓦”。他們(men) 不相信，說“這不可能”。我說“我做到一千瓦，現在不過是資金的問題”。他想了一會(hui) 兒(er) ，他說“我有錢，你做出一千瓦需要多少錢？”我說“五百萬(wan) 美元。”然後他給了我五百萬(wan) 美元。在那之後的18個(ge) 月內(nei) ，我們(men) 研發出了一千瓦的光纖激光器。這就是我從(cong) 事光纖激光研究的經曆。

2. IPG是光纖激光器的領先公司。但是現在我們(men) 可以看到SPI和Rofin等企業(ye) 開始挑戰IPG的地位。你認為(wei) 未來的行業(ye) 格局會(hui) 發生變化嗎？

Payne爵士：是的。這個(ge) 行業(ye) 將會(hui) 發生很大的變化。收購和並購的增加，是一個(ge) 發展迅速的行業(ye) 開始整合的典型表現。事實上，現在許多擁有光纖製造、光纖激光器製造能力的公司都已經被買(mai) 下了。買(mai) 家都是這個(ge) 行業(ye) 內(nei) 的大企業(ye) 。IPG在將光纖激光器推向市場方麵做了非常傑出的貢獻。我也認識IPG公司的創始人Valentin Gapontsev，並且很尊敬他。也許這些企業(ye) 很出色，但我認為(wei) 未來中國的一些企業(ye) ，特別是像大族激光這樣的企業(ye) 也將挑戰它們(men) 的地位。這個(ge) 行業(ye) 正在變得全球化。中國也占據了一定的份額，因為(wei) 中國是世界上重要的製造市場。但請記住還有歐美地區在那裏，想要贏得所有地區的份額是非常困難的。所以，也許將來這個(ge) 行業(ye) 將呈現出區域性。

3. 在2007年之前，中國實際上沒有自主製造的商用光纖激光器，但現在的本土製造企業(ye) 發展很快。您對中國的光纖激光器製造商有什麽(me) 看法？

Payne爵士：激光市場將有一場震蕩。我認為(wei) 這會(hui) 在中國發生。不可能所有這些本土的企業(ye) 都能存活下去。 像大族激光這樣的，擁有20年資曆和與(yu) 國際接軌的技術水平的大企業(ye) 當然沒問題；但是對於(yu) 中國一些較小的公司，也許現在有30家以上，我認為(wei) 最多隻有兩(liang) 三家公司可以存活下去。我們(men) 可以展望未來的五年會(hui) 發生什麽(me) 。

4. 光纖激光器在中國非常受歡迎，並在短短三年內(nei) 取代了CO2激光器。您認為(wei) 是原因是什麽(me) ？

Payne爵士：因為(wei) 光纖激光器更優(you) 秀。電光轉化效率非常重要。既然我們(men) 提倡綠色製造，我們(men) 就需要使用最小的電力來達到最佳的效果。光纖激光器的電光轉化效率可以達到60%，而CO2激光器要低得多。這是一個(ge) 原因。

另一個(ge) 原因是光纖激光器都是固態的，它是個(ge) 整體(ti) 。你開啟它以後，它就是持續運行，無需調整，服務效果不會(hui) 縮減，CO2激光器就不一樣。還有購買(mai) 一台光纖激光器的成本更便宜。最後是波長問題，10μm對於(yu) 某些領域是好，但是1μm對於(yu) 其他領域來說更好。我有時候說這個(ge) 市場有點像外科醫生，它有一套工具，針對不同的工作，要用不同的工具，例如，我們(men) 還有準分子激光器、Nd:YAG激光器、直接二極管激光器等等。所以CO2激光器依然有其發揮作用的領域，並將繼續為(wei) 這些應用服務，隻不過它的市場規模會(hui) 縮小至專(zhuan) 業(ye) 領域。我相信未來的行業(ye) 主力將是光纖激光器。

5. 近年光纖激光器發展迅速。你對其未來的發展有什麽(me) 看法？你認為(wei) 接下來的幾年能保持這種增長速度嗎？

Payne爵士：我會(hui) 說光纖激光器可能還有五到十年的快速增長。但是像所有的技術一樣，它終將達到飽和狀態。我的猜測是還有五到十年的快速增長。還有應該記住，你說這是快速發展，它其實是在1985年發明的，所以就是三十年前。 有趣的是它花了多長時間才能達到這樣的市場規模——三十年！

采訪、資料整合：Samantha