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(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。自從1980年加入俄羅斯科學(xué)院Lebedev物理實(shí)驗(yàn)室以來,Grudinin就一直從事光纖光學(xué)工作。在1992年到2003年間,Grudinin在英國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,促進(jìn)了超短脈沖的產(chǎn)生。
簡單來說,一個(gè)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(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,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,甚至超過幾十兆瓦,光纖和其他組件都有非線性效應(yīng)。在過去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,還制造出了有競爭力和高品質(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:一般說來,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)測未來3-5年,超快光纖激光器將會(huì)迅速增長。
記者:最近在這個(gè)領(lǐng)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(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。但是,我認(rèn)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(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)。
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