采访英国南安普顿大学光电子研究中心教授David N Payne爵士

个人简介
David N. Payne爵士是英国的光电子学教授，担任南安普顿大学光电子研究中心主任。在过去的五十年间，他在光纤通信领域做出了重大贡献，影响了电信和激光技术的发展。Payne教授的工作涵盖了光电子学的很多领域，包括通信、光学传感、纳米光子学和光学材料等等。因其在光电子学领域的卓越贡献，电气和电子工程师协会（IEEE）授予他2007年光子学奖章，他是第一位获此殊荣的非美国人。2013年因其在光子学领域的卓越贡献，名列英国女王新年嘉奖名单中，获得了骑士爵位。David N. Payne爵士被誉为“光纤激光之父”。

1. 请您描述一下您从事光纤激光研究的经历。

Payne爵士：我的光纤激光事业始于1985年在英国南安普顿大学。在此之前，我们只是世界上研究电信光纤的关键实验室的其中一个。到了80年代，电信光纤发展到大规模生产，我们就想研究点别的东西。当时，我们大学是世界上唯一一所拥有光纤制造设备的大学，我们在那里度过了美妙的时光。我们提出了特种光纤的概念，然后这些光纤在电流监测器、光纤陀螺仪的偏振保持光纤、金属偏振器等领域中找到了应用。后来，我们发现了一种将稀土掺入光纤中的方法。稀土一直被认为是激光材料，而通常要在晶体中制成短脉冲激光系统。我们发现，如果我们让稀土在光纤芯中保持少量的水平，将其从末端泵入（这对于激光来说是不寻常的），那么我们可以以非常高的效率制出大约十米长的激光束。这是在1985年。我们马上开始把所有的稀土系列材料逐一放入光纤芯，看看会发生什么。今天大家所知道的每一种掺杂稀土的光纤激光器，都源于我们当年在南安普顿大学的研究经历。那时它们还处于毫瓦级，没有人会对一个最大只有一瓦的东西感兴趣，那就驱使我们开始研发光纤激光器。

我们一直相信光纤激光器可以发射高功率，但是我们不得不等待二极管激光泵的发展以及其价格的降低。在1985年二极管激光泵还不可用，所以我们的研究有点超前了。当二极管激光泵变得可用的时候，我们接到了来自美国国防高级研究计划局DARPA的电话。他问我们的光纤激光器能有多大功率。我回答得很快，因为我真的不知道。我就说“一千瓦”。他们不相信，说“这不可能”。我说“我做到一千瓦，现在不过是资金的问题”。他想了一会儿，他说“我有钱，你做出一千瓦需要多少钱？”我说“五百万美元。”然后他给了我五百万美元。在那之后的18个月内，我们研发出了一千瓦的光纤激光器。这就是我从事光纤激光研究的经历。

2. IPG是光纤激光器的领先公司。但是现在我们可以看到SPI和Rofin等企业开始挑战IPG的地位。你认为未来的行业格局会发生变化吗？

Payne爵士：是的。这个行业将会发生很大的变化。收购和并购的增加，是一个发展迅速的行业开始整合的典型表现。事实上，现在许多拥有光纤制造、光纤激光器制造能力的公司都已经被买下了。买家都是这个行业内的大企业。IPG在将光纤激光器推向市场方面做了非常杰出的贡献。我也认识IPG公司的创始人Valentin Gapontsev，并且很尊敬他。也许这些企业很出色，但我认为未来中国的一些企业，特别是像大族激光这样的企业也将挑战它们的地位。这个行业正在变得全球化。中国也占据了一定的份额，因为中国是世界上重要的制造市场。但请记住还有欧美地区在那里，想要赢得所有地区的份额是非常困难的。所以，也许将来这个行业将呈现出区域性。

3. 在2007年之前，中国实际上没有自主制造的商用光纤激光器，但现在的本土制造企业发展很快。您对中国的光纤激光器制造商有什么看法？

Payne爵士：激光市场将有一场震荡。我认为这会在中国发生。不可能所有这些本土的企业都能存活下去。 像大族激光这样的，拥有20年资历和与国际接轨的技术水平的大企业当然没问题；但是对于中国一些较小的公司，也许现在有30家以上，我认为最多只有两三家公司可以存活下去。我们可以展望未来的五年会发生什么。

4. 光纤激光器在中国非常受欢迎，并在短短三年内取代了CO2激光器。您认为是原因是什么？

Payne爵士：因为光纤激光器更优秀。电光转化效率非常重要。既然我们提倡绿色制造，我们就需要使用最小的电力来达到最佳的效果。光纤激光器的电光转化效率可以达到60%，而CO2激光器要低得多。这是一个原因。

另一个原因是光纤激光器都是固态的，它是个整体。你开启它以后，它就是持续运行，无需调整，服务效果不会缩减，CO2激光器就不一样。还有购买一台光纤激光器的成本更便宜。最后是波长问题，10μm对于某些领域是好，但是1μm对于其他领域来说更好。我有时候说这个市场有点像外科医生，它有一套工具，针对不同的工作，要用不同的工具，例如，我们还有准分子激光器、Nd:YAG激光器、直接二极管激光器等等。所以CO2激光器依然有其发挥作用的领域，并将继续为这些应用服务，只不过它的市场规模会缩小至专业领域。我相信未来的行业主力将是光纤激光器。

5. 近年光纤激光器发展迅速。你对其未来的发展有什么看法？你认为接下来的几年能保持这种增长速度吗？

Payne爵士：我会说光纤激光器可能还有五到十年的快速增长。但是像所有的技术一样，它终将达到饱和状态。我的猜测是还有五到十年的快速增长。还有应该记住，你说这是快速发展，它其实是在1985年发明的，所以就是三十年前。 有趣的是它花了多长时间才能达到这样的市场规模——三十年！

采访、资料整合：Samantha