對話中國科學院物理研究所 研究員 魏志義
個人簡介
1991年4月博士畢業于中國科學院西安光學精密機械研究所,1993年4月中山大學博士后流動站出站并留校工作,1997年5月調入中國科學院物理研究所,1999年晉升研究員,曾先后在英國、荷蘭及日本等地工作訪問。2001年獲得中科院青年科學家獎,2002年獲得國家杰出青年基金,2011年獲得中國物理學會胡剛復物理獎。長期從事超快激光的相關研究,現為中國科學院物理研究所光物理重點實驗室L07組組長,計量測試高技術聯合實驗室主任。曾任光物理重點實驗室常務副主任。
魏教授,非常感謝您接受《激光制造商情》的采訪。
1. 《激光制造商情》: 首先,請介紹一下您和您的團隊目前從事的是哪方面的研究。
魏教授:我們研究組主要致力于超快光學領域的研究,重點方向為超短激光脈沖技術,包括皮秒、飛秒、阿秒激光脈沖。目前團隊有8位成員,大部分具有在國外工作并取得過杰出成果的經歷。我非常欣賞團隊每個成員對超快激光研究的熱情及扎實的工作作風與坦誠謙虛的個性,能有這樣一支融洽團結的研究隊伍,我感到非常幸運!近十年來我們在皮秒及飛秒激光的產生、放大、波長擴展及相位鎖定等方面開展了系統的研究工作,開發出了系列穩定的產品。也產生并測量得到XUV波段的阿秒激光脈沖,在國際上有了一定的影響。
2. 《激光制造商情》: 在激光研究歷程當中,您本人也在外國學習進修過嗎?目前我國超快激光領域,除了國內科研機構里面的專家,一定程度就是依靠海歸人才帶動起來的,比如清華大學鐘敏霖教授、吉林大學孫洪波教授與西安交通大學陳烽教授等,您如何看待這個現象?
魏教授:我本人曾在英國、荷蘭、日本等國家從事過超快激光的研究,實際上在出國之前也一直在從事這一領域的研究。你提到的三位老師我很熟悉,也是我學習的榜樣,他們及多位專家在超快激光加工領域做出過非常出色的成績,一些甚至是開拓性的,對我國超快激光精密加工的發展做出了重要貢獻。實際上超快激光由于技術的前沿性及應用的廣泛性,目前已涵蓋了許多領域與行業,我國老一輩科學家早在上世紀80年代,就已經系統地建立了國內超快激光研究的良好基礎,并創造過國際領先的成果。在最近十多年的時間里,隨著國家科研經費投入的增加,我國的超快激光研究與應用進入了快速發展時期,并吸引了許多優秀的海外專家學者回國工作,進一步促進了國內超快激光事業的發展。
3. 《激光制造商情》: 您參加5月在深圳大學的激光前瞻技術大會,講述了二極管泵浦鎖模固體超快激光器的話題。二極管泵浦出現的意義是什么?
魏教授:我這次報告主要是希望與會議主題相結合,跟工業應用相結合,這也是我們團隊目前的主要研究工作之一。傳統上超快激光主要應用于前沿科學研究,注意到在加工制造及醫療等領域的應用趨勢,我們研究組從2005年就開始了二極管激光直接泵浦超快激光的研究。相對于傳統的飛秒摻鈦藍寶石激光器,二極管直接泵浦的固體超快激光在實用性和低成本方面具有一定優勢。隨著超快激光應用越來越廣泛,需要有大家能夠接受的合理價格及簡單易行的操作方法。二極管直接泵浦的超快激光雖然不一定能產生很短的脈寬,但具有良好的實用性和可靠性,我認為這是非常適合工業應用的發展方向。
4. 《激光制造商情》: 國內超快激光領域與國外(如德國、美國)相比,有怎樣的差距?
魏教授:超快激光有許多不同的特性參數與應用領域,就前沿屬性而言,如最短脈沖寬度、最高峰值功率等指標而言,國內還曾領先國際,如上世紀八、九十年代中科院西安光機所、中山大學在染料激光鎖模方面曾直接產生過當時最短的激光脈沖。我們研究組自2000年以來,也在飛秒鈦寶石激光方面保持著與國際同行相當的最短脈沖結果。在飛秒激光放大方面,我們團隊于2011年得到了當時峰值功率最高的PW輸出,在國際上產生了較為重要的影響,近一兩年來,中科院上海光機所、中物院八所分別實現了峰值功率5PW級的結果,進一步擴大了我國在飛秒超強激光方面的國際領先優勢。如果說這一領域與國外有怎樣的差距的話,我認為目前主要是在高平均功率超快激光技術與超快激光產業化方面,而二極管激光泵浦的鎖模固體超快激光正是目前發展高平均功率超快激光的主要技術途徑之一,德國馬普量子光學研究所所長Ferenc Krausz教授曾在報告中展望這類激光未來可輸出平均功率數kW、脈寬僅5fs量級的結果。我這次報告的主要內容正是我們這方面的相關研究進展,這些年來我們通過與中科院上海硅酸鹽研究所、上海光機所、江蘇師范大學、山東大學等單位合作,利用他們在激光晶體生長中的優勢,采用二極管激光直接泵浦實現了系列固體飛秒及皮秒激光,其中一些是國外所沒有的。此外采用碟片激光增益介質,我們得到了平均功率15W的克爾透鏡鎖模飛秒結果,盡管與飛秒鈦寶石激光振蕩器相比,平均功率高了近一個量級,但國際上,特別是德國已在固體碟片鎖模激光上輸出了近300W的平均功率,在這方面我們確實還存在著較大的差距。
5. 《激光制造商情》: 現在超快激光主要還是集中在科研和醫療領域,那在工業領域會有怎樣的發展趨勢?
魏教授:超快激光在工業領域的發展目前處于起步階段,但潛力非常大,多年前我就看好這個應用領域。超快激光精密加工的實驗室研究已經證明了十分顯著的優點,隨著工藝的成熟及加工速度的提高,無疑會走向規模化的工業應用,實現其他手段所不能的功能。我們今天看到常規的激光在工業領域已經用得很廣泛了,由于超快激光相比其它激光顯而易見的一些優勢,其應用潛力是不言而喻的。目前超快激光確實還主要集中在科研領域,在激光醫療中也有成功的應用,如近視眼治療、光學斷層掃描(OCT)等,而工業加工本身是一個遠比科研領域大得多的行業,隨著高平均功率超快激光器件的發展成熟及成本造價的降低,超快激光在工業領域的應用會越來越廣泛。
6. 《激光制造商情》: 我們國家較少有成熟的國產的、可靠的工業皮秒/飛秒激光器,基本上要靠進口,您怎么看待這個問題?
魏教授:這確實是一個比較遺憾的事實,傳統上超快激光與其他許多學科一樣,國內存在著重科研、輕轉化的問題,在過去二十多年的時間里,隨著我國超快科學及應用研究的快速發展,確實從國外進口了大量的超快激光產品,中國也成為一些西方超快激光公司的最大市場,近年來國內推出的超快激光加工系統及其他設備,其核心的超快激光光源也多從國外進口。當然我也高興地看到,這些年來隨著國內激光整體產業的發展及中央政策的支持,國內已經開始重視這個現狀了,并出現了從事超快激光產業的企業。我們團隊也曾存在著重科研、輕轉化的問題,2012年在科技部重大科學儀器設備專項項目的支持下,聯合西安電子科技大學、北京物科光電技術有限公司,系統開展了超快激光產品轉化與開發的工作,并在中科院及物理所的參與支持下,注冊成立了專門致力于超快激光器的公司,目前已開發成功多類產品并銷售用戶。我相信隨著國內超快激光從業者的團結、協作及用戶的支持與產品性能的不斷提高,國產的皮秒及飛秒激光器就像國產彩電、手機一樣,逐漸會取代進口成為用戶的主要選擇,特別是國內超快激光產品在服務、維護方面具有進口產品無法比擬的優勢。
7. 《激光制造商情》: 人知道超快激光應用潛力很大,但沒有大量被應用,一個原因是它的價格很高,您怎么看?
魏教授:我很高興你們也能關注到這些問題,我本人非常希望通過我們團隊及國內同行的工作,讓國產超快激光的比例能得到提高,從而使超快激光能從高高在上的價格上降下來。要做到這一點,離不開國內超快激光用戶的支持與超快激光從業者的共同努力。隨著價格的平民化,而不僅僅是“有錢人”的游戲,超快激光的應用無疑會得到進一步的推廣和普及,從而促進科技創新及社會經濟的發展。
8. 《激光制造商情》: 目前國內的產業結構,超快激光以后可以用在國內的哪些工業加工產業?
魏教授:據我個人有限的了解,可以用于航空發動機中的特殊加工、3D打印、珠寶首飾切割打孔、手機屏幕處理、納米器件制作、光柵刻寫等等,特別是一些其他方法無法完成的特殊加工。超快激光的工業應用可以說非常廣泛,新的應用層出不窮。發現新應用,往往需要激光專家和應用專家的互相溝通,實際上每挖掘一個新的應用,本身就是一個創新的過程,有很多激光應用,特別是超快激光應用,往往需要激光專家與應用專家的合作,許多重要的應用創新也是在合作中發現的。就這一點而言,像你們這樣的媒體作用也非常重要,你們通過提供最直接的激光產品與應用需求信息,創造雙方或多方合作的機會,使用戶與激光制造得以緊密結合。只要合作機會多了,國內超快激光工業加工產業無疑會越來越寬廣。
采訪/整理:Johnny
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