本刊記者　遲艷艷

追光逐影 尋求激光發(fā)展新突破——記中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員郭敬為

本刊記者遲艷艷

專(zhuān)家簡(jiǎn)介：

郭敬為，1973年生，中國(guó)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(zhǎng)研究組”組長(zhǎng)。英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)和物理學(xué)會(huì)會(huì)員。

1996在中國(guó)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(guó)諾丁漢大學(xué)化學(xué)系獲得碩士學(xué)位。2007年在英國(guó)約克大學(xué)化學(xué)系獲得博士學(xué)位。2007年至2009年在英國(guó)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(jìn)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?yàn)槭芗だす馄?、相干反斯托克斯拉曼光譜法測(cè)量低分壓氣體濃度、光泵浦激光新體系等。

激光是現(xiàn)代科技發(fā)展的杰作，從1960年世界上第一臺(tái)激光器的成功演示開(kāi)始，到21世紀(jì)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(jì)、科技、國(guó)防和社會(huì)發(fā)展等諸多領(lǐng)域，帶動(dòng)了一系列新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

與此同時(shí)，各類(lèi)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(zhuān)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(zhuān)注于高功率，比如化學(xué)激光器等；而有的激光器專(zhuān)注于特殊波長(zhǎng)，比如受激拉曼激光器、堿金屬激光器等。

中國(guó)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(zhǎng)研究組”針對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)某些特殊波長(zhǎng)激光，為我國(guó)激光事業(yè)的發(fā)展不斷貢獻(xiàn)力量。

開(kāi)拓視野，明確研究定位

1996年，剛從中國(guó)科技大學(xué)本科畢業(yè)的郭敬為，懷揣著對(duì)激光研究的憧憬，來(lái)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(lái)，他在自己崗位上默默奉獻(xiàn)的同時(shí)，也在不斷尋求著改變，一個(gè)新的前進(jìn)目標(biāo)在腦海中不時(shí)閃現(xiàn)，那就是：走出去，開(kāi)拓眼界，提升自己的科研能力。

1999年，郭敬為進(jìn)入英國(guó)諾丁漢大學(xué)攻讀碩士學(xué)位。初到英國(guó)時(shí)的感受，他至今還記憶猶新：初來(lái)乍到，面臨的第一個(gè)難題就是語(yǔ)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(guó)的學(xué)習(xí)和生活都上了快軌道，先后于2002年在英國(guó)諾丁漢大學(xué)化學(xué)系獲得碩士學(xué)位，于2007年從英國(guó)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(guó)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(guó)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(jì)劃的方式引進(jìn)回國(guó)，再次加入到中科院化學(xué)激光重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。并且，作為課題組組長(zhǎng)的郭敬為帶領(lǐng)“脈沖激光新波長(zhǎng)研究組”投入到中國(guó)激光事業(yè)的發(fā)展中。

早在國(guó)外工作時(shí)，郭敬為就對(duì)自己回國(guó)從研的定位有了一些設(shè)想?；貒?guó)后，他充分結(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(zhǎng)單一，在應(yīng)用方面會(huì)遭到一些外在因素的干擾而受限制，那么如何使輸出波長(zhǎng)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(wèn)題。經(jīng)過(guò)綜合論證，郭敬為認(rèn)為通過(guò)研究新型激光變頻技術(shù)，來(lái)豐富化學(xué)激光輸出波長(zhǎng)，具有極為重要的研究?jī)r(jià)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(tuán)隊(duì)展開(kāi)了一場(chǎng)不畏艱辛的科研攻堅(jiān)戰(zhàn)，從研究方案討論到搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，再到實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析，充分發(fā)揮了團(tuán)隊(duì)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(wèn)題討論的過(guò)程中，即便存在不同的思路，他也能夠虛心聽(tīng)取他人的意見(jiàn)和建議，鼓勵(lì)大家提出創(chuàng)新性想法。因?yàn)樗钪?，保持?duì)科研的熱愛(ài)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(lì)。這，也是保障科研任務(wù)順利開(kāi)展和完成的必要條件。

攻堅(jiān)克難，突破腔內(nèi)受激拉曼激光器技術(shù)瓶頸

5年來(lái)，郭敬為帶領(lǐng)著自己的研究團(tuán)隊(duì)先后承擔(dān)和完成國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目5項(xiàng)，國(guó)家“863計(jì)劃項(xiàng)目”5項(xiàng)，中科院科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目1項(xiàng)，科研儀器研制項(xiàng)目2項(xiàng)。已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇，申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利40余件，已授權(quán)專(zhuān)利3件。

尤其在承擔(dān)國(guó)家“863計(jì)劃”任務(wù)期間，他們集中力量對(duì)科研難題進(jìn)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(duì)紅外激光進(jìn)行波長(zhǎng)變換。

SRS是一種激光變頻手段，其主要原理是利用強(qiáng)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(diǎn)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(jià)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(jìn)行氣體受激拉曼變頻，主要是考慮到氣體具有流動(dòng)性，熱傳導(dǎo)性能強(qiáng)，相對(duì)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(zhǎng)的轉(zhuǎn)換需要等優(yōu)勢(shì)。此外，氣體受激拉曼變頻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本低廉，且相比染料激光器的轉(zhuǎn)換效率高。如果將長(zhǎng)光程Herriott腔氣體拉曼池與可調(diào)諧激光器聯(lián)用，可以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的連續(xù)掃描，極大地拓展了光譜覆蓋范圍。

經(jīng)過(guò)幾年的艱苦奮戰(zhàn)，郭敬為的研究團(tuán)隊(duì)利用長(zhǎng)光程受激拉曼只需要0.18MW的泵浦光率密度就可以實(shí)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(dá)到70%左右。長(zhǎng)光程也同時(shí)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(duì)科研的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，以及攻堅(jiān)克難的鉆研精神，幫助郭敬為帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)解決了一個(gè)又一個(gè)的技術(shù)難題，保證了國(guó)家任務(wù)的順利完成。

長(zhǎng)遠(yuǎn)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(zhǎng)，短時(shí)間解決部分激光波長(zhǎng)在應(yīng)用中所受的限制，但是也會(huì)損失一定的能量。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的角度分析，發(fā)展新型激光體系實(shí)現(xiàn)新波長(zhǎng)輸出勢(shì)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(lái)正在開(kāi)展的幾個(gè)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(rèn)為是新一代激光的熱門(mén)體系，并且兼具氣體激光器熱耗低，光束質(zhì)量好的特點(diǎn)，不依賴(lài)種子光。郭敬為研究團(tuán)隊(duì)利用堿金屬激光器開(kāi)展了鈉信標(biāo)光源以及藍(lán)光激光器方面的研究。鈉信標(biāo)光源的出現(xiàn)為從地面自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)高空目標(biāo)進(jìn)行高分辨率觀測(cè)提供了可能。利用基于鈉的準(zhǔn)分子寬帶泵浦堿金屬激光器，可以通過(guò)鈉原子的受激輻射（32P3/2→32S1/2）來(lái)產(chǎn)生589.16nm波長(zhǎng)，這就為鈉信標(biāo)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(guò)寬和波長(zhǎng)誤差而引入復(fù)雜的控制系統(tǒng)問(wèn)題。該部分研究工作獲得了中國(guó)科學(xué)院科技創(chuàng)新基金的資助。

藍(lán)光激光由于其波長(zhǎng)的特殊性，在水下光通信、海洋資源探測(cè)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(guò)四波混頻的原理產(chǎn)生藍(lán)色激光，光束質(zhì)量好，無(wú)需復(fù)雜的光學(xué)諧振腔搭建和調(diào)諧，也無(wú)需相位匹配角調(diào)節(jié)。這些新特性吸引了國(guó)際和國(guó)內(nèi)眾多研究組的興趣。目前，郭敬為研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在Rb/Cs蒸氣中的420nm/455nm藍(lán)色激光輸出，最高功率效率可以大于2%。藍(lán)色激光的研究也帶來(lái)了對(duì)于堿金屬原子結(jié)構(gòu)和光譜的進(jìn)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(tuán)隊(duì)發(fā)展至今，郭敬為的研究團(tuán)隊(duì)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(dú)放不是春，百花齊放春滿園。5年來(lái)，郭敬為非常重視對(duì)青年人才的培養(yǎng)，鼓勵(lì)他們獨(dú)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(guó)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(duì)課題組研究工作的肯定，也是對(duì)他們?nèi)瞬排囵B(yǎng)的肯定。

而對(duì)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(guó)未來(lái)激光事業(yè)發(fā)展的生力軍。