右側(ce) ：John Marciante研製了一個(ge) 準確測量光纖的裝置，左起分別為(wei) 研究生Swati Bhargava，Christopher Marsh 15和研究生Yao Haomin，大家一起在Goergen 大廳的實驗室參加會(hui) 議。圖片來源：羅切斯特大學照片/ J. Adam Fenster

在羅切斯特大學的實驗室裏，研究人員正使用激光以不可思議的方式改變了金屬表麵，使其在不使用特殊塗層（如油漆或溶劑）的情況下，就具有超強的防水性。

目前該技術的商業(ye) 應用包括商用飛機和大型卡車的除冰，暴露金屬表麵的防鏽和防腐蝕，以及用於(yu) 手術和醫療設施表麵的清潔抗菌。但為(wei) 了確保該技術的商業(ye) 可行性，激光器本身配置必須更加高。

現在風險投資支持的技術公司FemtoRoc Corp 正在與(yu) 光學副教授John Marciante以及大學光學研究所共同開展一項聯合研究項目，來開發更強大的激光器。該項目預計耗時六年，研究預算約為(wei) 1000萬(wan) 美元。

Marciante說：“他們(men) [FemtoRoc]需要的是一種高功率、超高速、飛秒級激光係統，平均功率以千瓦為(wei) 單位，而不是現在市售的10瓦。所以，我們(men) 要放大10倍，這是一項非常雄心勃勃的任務。”

專(zhuan) 有的超疏水技術使用激光來創建微米和納米級結構的複雜圖案，使處理後的金屬表麵具備了一組新的物理特性。

2015年，光學教授Chunlei Guo和光學研究所高級科學家Anatoliy Vorobyev描述了他們(men) 用來永久改變金屬表麵的極其強大但超短的激光脈衝(chong) 。

郭教授和Vorobyev教授已經成功地使用該技術改造了一種金屬，其不僅(jin) 具有極強防水性的金屬表麵，而且還能夠吸水。郭教授的實驗室還發明了一種處理金屬表麵以吸收幾乎所有波長的環境光的工藝，並且具有廣泛的商業(ye) 應用，包括薄型超高效太陽能電池。

然而，在實驗室需要大約一個(ge) 小時的時間才能使用商用的低功率激光器對1×1英寸的金屬樣品進行圖案化。因此需要更強大、超快速的飛秒激光脈衝(chong) 來加速該過程，才能保證該技術的可行性。

為(wei) 了開發性能更高的激光器，專(zhuan) 門研發先進的高功率光纖激光器的Marciante實驗室將要完成兩(liang) 大挑戰。

一個(ge) 挑戰是激光束通常被限製在常規設計的光纖中，其芯徑通常非常小。在放大激光功率時，太多的光線集中在光纖芯中，非線性特性增加，導致激光束變寬或被調製。

Marciante解釋說：“當你試圖將光束壓縮成短脈衝(chong) 時，會(hui) 有很多能量與(yu) 之衝(chong) 突，會(hui) 將可用功率分散開來，或者不集中在你想要的地方。”

第二個(ge) 挑戰是過熱問題。Marciante說：“你將激光束的一端抽到一個(ge) 能級，然後在另一端以較低的能量提取激光束，並且沒有任何工藝具有100％的熱效率，因此額外的能量會(hui) 在光纖中結束。纖維會(hui) 變得非常熱，甚至會(hui) 融化”。

Marciante除了做自己團隊的研究之外，還利用美國和海外資深研究人員的網絡，引入了具有成熟光纖設計和製造能力的第三方供應商。

Marciante的研究已經產(chan) 生了以下成果：專(zhuan) 有的更大芯徑光纖，具有卓越的激光束質量，並可與(yu) 高功率超快飛秒光纖激光器兼容，這就大大降低專(zhuan) 有光纖核心中非線性效應。Marciante表示，原則上，如果你將纖維長度減半，你可以增加兩(liang) 倍的能量，但代價(jia) 是，你也要轉移到一半的熱量。”

Marciante補充道，這是一個(ge) 非常激動人心的挑戰，世界上沒有人能夠對金屬表麵進行這種特殊類型的飛秒激光處理，使用這項技術推出商業(ye) 產(chan) 品將成為(wei) 真正的遊戲改變者，這是創造新科學的一個(ge) 千載難逢的機會(hui) 。