超快光纖激光器將會取代傳統(tǒng)超快激光技術

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

    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)。從結構上看，激光器同樣產生持久的、納秒或皮秒脈沖。主要的差別體現(xiàn)在主振蕩器上。 

    在Fianium公司的時候，我們用半導體可飽和吸收鏡(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，促進了超短脈沖的產生。 

    簡單來說，一個鎖模光纖激光器的零件非常少，并沒有比一般的光纖激光器復雜，所以只要組件(SESAM, 摻雜質的光纖, 鏡子等)良好，這種激光器就很容易組裝成功。 

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

    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的未來，持續(xù)的研究可以擴展她的能力和應用。 

    超快光纖激光器能夠產生很高的峰值功率，甚至超過幾十兆瓦，光纖和其他組件都有非線性效應。在過去20年，對超快光纖激光器的研究已經取得了一些重要的科研成果，最近，還制造出了有競爭力和高品質的商用設備。 

    在這方面，我們有兩個主要的研究方向。第一個是開發(fā)高峰值功率或短脈沖激光器。第二個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，還可以擴寬波長范圍，這點在傳統(tǒng)激光器上很難實現(xiàn)。 

    記者：目前最主要的應用是什么？ 

    Anatoly Grudinin：一般說來，超快光纖激光器用在科研上比較多。我們看到多個科研領域采用了這種激光器，如生物醫(yī)學成像、半導體制造、檢測和計量、光伏制造和激光眼科手術。很多終端用戶比較欣賞這種激光器的優(yōu)點，可以預測未來3-5年，超快光纖激光器將會迅速增長。 

    記者：最近在這個領域最大的科研成果是什么？ 

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

結合超快光纖激光器產生的高峰值功率，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——這種激光器產生的白光亮度的數(shù)量級比太陽還高。 

    在另一方面，空心PCFs能夠加強光脈沖在空氣中的傳播。這種光纖能夠用來生產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)是要改變人們心目中超快光纖激光器是復雜昂貴的印象。這是一個巨大的障礙，妨礙了超快光纖激光器進入工業(yè)加工市場。但是，我認為這種情況將在不久的將來出現(xiàn)變化。作為光纖激光器的一個分支，超快激光技術將會得到更加廣泛的商業(yè)應用。 

    記者：下一步的突破將會是什么? 

    Anatoly Grudinin：回顧可調諧超快技術的發(fā)展，特別是染料激光器和鈦藍寶石激光器。我預測這種演變將繼續(xù)，直到鈦藍寶石激光器退出歷史舞臺。新的產品將是寬范圍可調諧的飛秒系統(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。