追光逐影 尋求激光發(fā)展新突破

遲艷艷

郭敬為，1973年生，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員，碩士生導(dǎo)師，“脈沖激光新波長研究組”組長。英國皇家化學(xué)學(xué)會和物理學(xué)會會員。

1996在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)物理系獲本科學(xué)位。1996年到1999年在大連化學(xué)物理所703組從事氧碘化學(xué)激光工作。2002年在英國諾丁漢大學(xué)化學(xué)系獲得碩士學(xué)位。2007年在英國約克大學(xué)化學(xué)系獲得博士學(xué)位。2007年至2009年在英國曼徹斯特大學(xué)光子科學(xué)研究所從事博士后研究工作。2009年作為“所百人”引進人才就職于中科院大連化學(xué)物理所化學(xué)激光研究室，主要研究方向為受激拉曼激光器、相干反斯托克斯拉曼光譜法測量低分壓氣體濃度、光泵浦激光新體系等。

專家簡介：

激光是現(xiàn)代科技發(fā)展的杰作，從1960年世界上第一臺激光器的成功演示開始，到21世紀的今天，激光憑借著極佳的單色性、方向性和相干性，已經(jīng)延伸到了經(jīng)濟、科技、國防和社會發(fā)展等諸多領(lǐng)域，帶動了一系列新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

與此同時，各類激光器及激光技術(shù)如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)，有的激光器專注于小體積和低功耗，比如半導(dǎo)體激光器、光纖激光器等；有的激光器則專注于高功率，比如化學(xué)激光器等；而有的激光器專注于特殊波長，比如受激拉曼激光器、堿金屬激光器等。

中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的郭敬為研究員，帶領(lǐng)“脈沖激光新波長研究組”針對一些激光應(yīng)用領(lǐng)域，不斷探索激光技術(shù)的新突破口，努力研發(fā)新型激光體系來實現(xiàn)某些特殊波長激光，為我國激光事業(yè)的發(fā)展不斷貢獻力量。

開拓視野，明確研究定位

1996年，剛從中國科技大學(xué)本科畢業(yè)的郭敬為，懷揣著對激光研究的憧憬，來到中科院大連化學(xué)物理研究所化學(xué)激光研究室從事氧碘化學(xué)激光研究工作。3年來，他在自己崗位上默默奉獻的同時，也在不斷尋求著改變，一個新的前進目標在腦海中不時閃現(xiàn)，那就是：走出去，開拓眼界，提升自己的科研能力。

1999年，郭敬為進入英國諾丁漢大學(xué)攻讀碩士學(xué)位。初到英國時的感受，他至今還記憶猶新：初來乍到，面臨的第一個難題就是語言交流。但在理想面前，任何困難都是微不足道的。很快，郭敬為在英國的學(xué)習(xí)和生活都上了快軌道，先后于2002年在英國諾丁漢大學(xué)化學(xué)系獲得碩士學(xué)位，于2007年從英國約克大學(xué)化學(xué)系獲得博士學(xué)位。2007年至2009年郭敬為在英國曼徹斯特大學(xué)光子科學(xué)研究所從事博士后研究工作。

2009年，郭敬為結(jié)束了在英國的工作后，被中科院大連化學(xué)物理研究所以“所百人”人才計劃的方式引進回國，再次加入到中科院化學(xué)激光重點實驗室。并且，作為課題組組長的郭敬為帶領(lǐng)“脈沖激光新波長研究組”投入到中國激光事業(yè)的發(fā)展中。

早在國外工作時，郭敬為就對自己回國從研的定位有了一些設(shè)想?；貒螅浞纸Y(jié)合化學(xué)激光研究室的整體工作部署，將課題組的研究方向定位在氧碘化學(xué)激光體系的研究上。

由于氧碘化學(xué)激光輸出波長單一，在應(yīng)用方面會遭到一些外在因素的干擾而受限制，那么如何使輸出波長靈活轉(zhuǎn)換，避免干擾限制，是擺在大連化學(xué)物理所化學(xué)激光人面前的突出問題。經(jīng)過綜合論證，郭敬為認為通過研究新型激光變頻技術(shù)，來豐富化學(xué)激光輸出波長，具有極為重要的研究價值。

確定課題組研究方向后，郭敬為帶領(lǐng)他最初僅有三名青年職工的團隊展開了一場不畏艱辛的科研攻堅戰(zhàn)，從研究方案討論到搭建實驗系統(tǒng)，再到實驗測試分析，充分發(fā)揮了團隊協(xié)作的精神。而在此期間，郭敬為留給青年職工最深的印象就是虛懷若谷。在問題討論的過程中，即便存在不同的思路，他也能夠虛心聽取他人的意見和建議，鼓勵大家提出創(chuàng)新性想法。因為他深知，保持對科研的熱愛和執(zhí)著是做好科研的前提條件，而尊重人才就是激發(fā)青年人創(chuàng)新熱情最直接的鼓勵。這，也是保障科研任務(wù)順利開展和完成的必要條件。

攻堅克難，突破腔內(nèi)受激拉曼激光器技術(shù)瓶頸

5年來，郭敬為帶領(lǐng)著自己的研究團隊先后承擔(dān)和完成國家自然科學(xué)基金項目5項，國家“863計劃項目”5項，中科院科技創(chuàng)新基金項目1項，科研儀器研制項目2項。已經(jīng)在國內(nèi)外發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇，申請發(fā)明專利40余件，已授權(quán)專利3件。

尤其在承擔(dān)國家“863計劃”任務(wù)期間，他們集中力量對科研難題進行攻關(guān)，突破一些現(xiàn)有激光變頻技術(shù)瓶頸，采用受激拉曼散射（SRS）對紅外激光進行波長變換。

SRS是一種激光變頻手段，其主要原理是利用強激光作用在拉曼活性介質(zhì)上所產(chǎn)生的三階非線性效應(yīng)，優(yōu)點是它具有泵浦源的一切激光特性， 所以SRS變頻有著重要的應(yīng)用價值。

郭敬為向記者介紹，之所以選擇氫氣、氘氣、甲烷等介質(zhì)進行氣體受激拉曼變頻，主要是考慮到氣體具有流動性，熱傳導(dǎo)性能強，相對于晶體具有可以承受較高的泵浦激光能量，能滿足激光波長的轉(zhuǎn)換需要等優(yōu)勢。此外，氣體受激拉曼變頻結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，成本低廉，且相比染料激光器的轉(zhuǎn)換效率高。如果將長光程Herriott腔氣體拉曼池與可調(diào)諧激光器聯(lián)用，可以實現(xiàn)波長的連續(xù)掃描，極大地拓展了光譜覆蓋范圍。

經(jīng)過幾年的艱苦奮戰(zhàn)，郭敬為的研究團隊利用長光程受激拉曼只需要0.18MW的泵浦光率密度就可以實現(xiàn)受激拉曼轉(zhuǎn)換，相比單程拉曼的1MW泵浦光率密度，明顯降低了受激拉曼閾值，轉(zhuǎn)化效率達到70%左右。長光程也同時提高了受激拉曼激光能量的穩(wěn)定性，改善了激光光束質(zhì)量。

正是對科研的嚴謹態(tài)度，以及攻堅克難的鉆研精神，幫助郭敬為帶領(lǐng)他的團隊解決了一個又一個的技術(shù)難題，保證了國家任務(wù)的順利完成。

長遠布局，發(fā)展光泵浦激光新體系

激光變頻技術(shù)可以有效轉(zhuǎn)換激光輸出波長，短時間解決部分激光波長在應(yīng)用中所受的限制，但是也會損失一定的能量。從長遠發(fā)展的角度分析，發(fā)展新型激光體系實現(xiàn)新波長輸出勢在必行。談到光泵浦激光新體系，郭敬為向記者介紹了他們近年來正在開展的幾個研究方向：堿金屬激光器、液氧激光器、以及惰性氣體亞穩(wěn)態(tài)激光器等。

堿金屬激光器由于其自身的高增益系數(shù)而被認為是新一代激光的熱門體系，并且兼具氣體激光器熱耗低，光束質(zhì)量好的特點，不依賴種子光。郭敬為研究團隊利用堿金屬激光器開展了鈉信標光源以及藍光激光器方面的研究。鈉信標光源的出現(xiàn)為從地面自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)對高空目標進行高分辨率觀測提供了可能。利用基于鈉的準分子寬帶泵浦堿金屬激光器，可以通過鈉原子的受激輻射（32P3/2→32S1/2）來產(chǎn)生589.16nm波長，這就為鈉信標光源的研制提供了全新的技術(shù)途徑，避免了現(xiàn)有技術(shù)手段為解決輸出線寬過寬和波長誤差而引入復(fù)雜的控制系統(tǒng)問題。該部分研究工作獲得了中國科學(xué)院科技創(chuàng)新基金的資助。

藍光激光由于其波長的特殊性，在水下光通信、海洋資源探測等領(lǐng)域有著極為廣闊的應(yīng)用前景，堿金屬蒸氣可以通過四波混頻的原理產(chǎn)生藍色激光，光束質(zhì)量好，無需復(fù)雜的光學(xué)諧振腔搭建和調(diào)諧，也無需相位匹配角調(diào)節(jié)。這些新特性吸引了國際和國內(nèi)眾多研究組的興趣。目前，郭敬為研究團隊已經(jīng)實現(xiàn)了在Rb/Cs蒸氣中的420nm/455nm藍色激光輸出，最高功率效率可以大于2%。藍色激光的研究也帶來了對于堿金屬原子結(jié)構(gòu)和光譜的進一步理解。

言傳身教，積極培養(yǎng)青年人才

從最初僅有3人的團隊發(fā)展至今，郭敬為的研究團隊如今已經(jīng)擁有工作人員6人（含副研究員2人），在讀博士生7人，聯(lián)合培養(yǎng)碩士3人。

一花獨放不是春，百花齊放春滿園。5年來，郭敬為非常重視對青年人才的培養(yǎng)，鼓勵他們獨立承擔(dān)，甚至主持課題研究。讓他非常自豪的是，這樣的努力收效顯著：課題組在編的4名職工中，已有3人獲得國家自然基金青年基金的資助，且工作2年以上的青年職工都獲得了該青年基金的資助.這是對課題組研究工作的肯定，也是對他們?nèi)瞬排囵B(yǎng)的肯定。

而對博士生和碩士生，郭敬為也力所能及地言傳身教，努力將他們培養(yǎng)成我國未來激光事業(yè)發(fā)展的生力軍。