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(fā)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(xié)會（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“光纖激光之父”。

1. 請您描述一下您從事光纖激光研究的經(jīng)歷。

Payne爵士：我的光纖激光事業(yè)始于1985年在英國南安普頓大學。在此之前，我們只是世界上研究電信光纖的關鍵實驗室的其中一個。到了80年代，電信光纖發(fā)展到大規(guī)模生產(chǎn)，我們就想研究點別的東西。當時，我們大學是世界上唯一一所擁有光纖制造設備的大學，我們在那里度過了美妙的時光。我們提出了特種光纖的概念，然后這些光纖在電流監(jiān)測器、光纖陀螺儀的偏振保持光纖、金屬偏振器等領域中找到了應用。后來，我們發(fā)現(xiàn)了一種將稀土摻入光纖中的方法。稀土一直被認為是激光材料，而通常要在晶體中制成短脈沖激光系統(tǒng)。我們發(fā)現(xiàn)，如果我們讓稀土在光纖芯中保持少量的水平，將其從末端泵入（這對于激光來說是不尋常的），那么我們可以以非常高的效率制出大約十米長的激光束。這是在1985年。我們馬上開始把所有的稀土系列材料逐一放入光纖芯，看看會發(fā)生什么。今天大家所知道的每一種摻雜稀土的光纖激光器，都源于我們當年在南安普頓大學的研究經(jīng)歷。那時它們還處于毫瓦級，沒有人會對一個最大只有一瓦的東西感興趣，那就驅(qū)使我們開始研發(fā)光纖激光器。

我們一直相信光纖激光器可以發(fā)射高功率，但是我們不得不等待二極管激光泵的發(fā)展以及其價格的降低。在1985年二極管激光泵還不可用，所以我們的研究有點超前了。當二極管激光泵變得可用的時候，我們接到了來自美國國防高級研究計劃局DARPA的電話。他問我們的光纖激光器能有多大功率。我回答得很快，因為我真的不知道。我就說“一千瓦”。他們不相信，說“這不可能”。我說“我做到一千瓦，現(xiàn)在不過是資金的問題”。他想了一會兒，他說“我有錢，你做出一千瓦需要多少錢？”我說“五百萬美元。”然后他給了我五百萬美元。在那之后的18個月內(nèi)，我們研發(fā)出了一千瓦的光纖激光器。這就是我從事光纖激光研究的經(jīng)歷。

2. IPG是光纖激光器的領先公司。但是現(xiàn)在我們可以看到SPI和Rofin等企業(yè)開始挑戰(zhàn)IPG的地位。你認為未來的行業(yè)格局會發(fā)生變化嗎？

Payne爵士：是的。這個行業(yè)將會發(fā)生很大的變化。收購和并購的增加，是一個發(fā)展迅速的行業(yè)開始整合的典型表現(xiàn)。事實上，現(xiàn)在許多擁有光纖制造、光纖激光器制造能力的公司都已經(jīng)被買下了。買家都是這個行業(yè)內(nèi)的大企業(yè)。IPG在將光纖激光器推向市場方面做了非常杰出的貢獻。我也認識IPG公司的創(chuàng)始人Valentin Gapontsev，并且很尊敬他。也許這些企業(yè)很出色，但我認為未來中國的一些企業(yè)，特別是像大族激光這樣的企業(yè)也將挑戰(zhàn)它們的地位。這個行業(yè)正在變得全球化。中國也占據(jù)了一定的份額，因為中國是世界上重要的制造市場。但請記住還有歐美地區(qū)在那里，想要贏得所有地區(qū)的份額是非常困難的。所以，也許將來這個行業(yè)將呈現(xiàn)出區(qū)域性。

3. 在2007年之前，中國實際上沒有自主制造的商用光纖激光器，但現(xiàn)在的本土制造企業(yè)發(fā)展很快。您對中國的光纖激光器制造商有什么看法？

Payne爵士：激光市場將有一場震蕩。我認為這會在中國發(fā)生。不可能所有這些本土的企業(yè)都能存活下去。 像大族激光這樣的，擁有20年資歷和與國際接軌的技術水平的大企業(yè)當然沒問題；但是對于中國一些較小的公司，也許現(xiàn)在有30家以上，我認為最多只有兩三家公司可以存活下去。我們可以展望未來的五年會發(fā)生什么。

4. 光纖激光器在中國非常受歡迎，并在短短三年內(nèi)取代了CO2激光器。您認為是原因是什么？

Payne爵士：因為光纖激光器更優(yōu)秀。電光轉化效率非常重要。既然我們提倡綠色制造，我們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。這是一個原因。

另一個原因是光纖激光器都是固態(tài)的，它是個整體。你開啟它以后，它就是持續(xù)運行，無需調(diào)整，服務效果不會縮減，CO2激光器就不一樣。還有購買一臺光纖激光器的成本更便宜。最后是波長問題，10μm對于某些領域是好，但是1μm對于其他領域來說更好。我有時候說這個市場有點像外科醫(yī)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(fā)揮作用的領域，并將繼續(xù)為這些應用服務，只不過它的市場規(guī)模會縮小至專業(yè)領域。我相信未來的行業(yè)主力將是光纖激光器。

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

Payne爵士：我會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(tài)。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(fā)展，它其實是在1985年發(fā)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(guī)模——三十年！

采訪、資料整合：Samantha