博文

LCS2008—激光陶瓷界大牛之Dr. A. Ikesue

已有 12123 次阅读 2009-3-12 22:59 |个人分类:科研感想|系统分类:科研笔记| 陶瓷, 激光陶瓷, 透明陶瓷, LCS2008, Ikesue

在科学网上已经沉寂好久了，真担心把我清除出去。这次接着谈谈去年的激光陶瓷会议，在四川大学卢铁城教授后出场的是激光陶瓷界真正的牛人——日本的A. Ikesue博士。开始做YAG透明陶瓷的时候，阅读最多的是A. Ikesue博士的文章，因为是他于1995年首次实现了Nd:YAG透明陶瓷的连续激光输出。第一次见到A. Ikesue博士大约是在2005年，那次他来硅酸盐所是受结构中心王士维研究员的邀请，做了关于YAG激光透明陶瓷的报告。说真的，报告很精彩，对我们的启发也不小。第二次见到A. Ikesue博士的时候已经是去年11月了，也就是在2008年国际激光陶瓷会议上。在LCS2008上，A. Ikesue博士做了题为“Current and Future Status of Ceramic Laser”的邀请报告，让人受益匪浅。第一次见Dr. Ikesue的时候，觉得他很年轻，跟他的实际年龄相比。第二个印象就是他性格上比较腼腆，很谦逊，虽然这个时候他已经是激光陶瓷界人人皆知的大牛了。还有一个影响就是觉得Dr. Ikesue的英语口语不是特别好，因为他的PPT里面全是英文解释，做报告的时候就完全按照PPT上面的注释念。那次做完报告，硅酸盐所的王士维研究员招待了Dr. Ikesue，所以章健博士、冯涛博士、刘敏博士、安丽琼女士和我都有幸参加了晚宴。晚宴上，Dr. Ikesue表现出了对中国菜的极大热情，一直赞不绝口。

Dr. Ikesue回到日本后，我也没怎么再联系他，直到我博士毕业后。因为我受中国科学院公派访问学者项目资助，要前去日本做为期一年的访问研究。当时我首先想到的是去Dr. Ikesue的研究团队，所以我写E-mail说我想去Word－Lab从事访问研究。也没太出我的意料，Dr. Ikesue写信婉言拒绝了我。激光陶瓷领域还是太敏感了！受美国军方资助，Lawrence Livermore National Laboratory使用神岛化学公司提供的Nd:YAG透明陶瓷实现了67kW的连续激光输出。所以对于日本来说，绝对不会让中国人有机会去偷学他们的技术。然后我又联系了日本神岛化学公司T. Yanagitani教授的研究小组，结果是石沉大海，估计人家懒得理我。最后还是去了日本国立材料研究所（NIMS)解荣军课题组做了为期一年的访问学者。2008年10月底，我从日本回到上海硅酸盐研究所继续从事YAG激光透明陶瓷的研究。2008年11月，第四届国际激光陶瓷会议（LCS2008)如期在上海国际会议中心召开，举办方正是我们研究所。第二次见到Dr.Ikesue时，觉得他的英文口语有了很大的进步，做报告的PPT已经不再用英文注释了，报告的内容仍然相当的精彩，什么激光陶瓷复合结构，什么透明陶瓷单晶化，什么激光陶瓷中的缺陷。Dr. Ikesue的确是一个很有想法的人，自从1995年首次实现Nd:YAG透明陶瓷的连续激光输出，近15年中做了不少创新性的工作。激光陶瓷会议的最后一个环节是圆桌会议，俄罗斯科学院的A.A.Kaminskii教授、罗马尼亚国立激光研究所的V.Lupei教授，University Claude Bernard/Lyonl的G.Boulon教授就光谱学提出了自己的一些见解；日本电气通信大学的K.Ueda教授和利弗莫尔国家实验室（LLNL)的G.J.Quarles教授就大功率陶瓷固体激光器谈了一些自己的看法。很遗憾，Dr. Ikesue和Dr. H.Yagi都没在圆桌会议上发言。圆桌会议后，主办方安排与会人员晚上去上海马戏城看杂技表演。在国际会议中心的大堂等待去上海马戏城的时候，我同学陈启伟博士、冯涛博士和我终于有了和A.Ikesue博士单独合影和探讨的机会。我在国际激光陶瓷会议上报告的内容是关于“Nd:YAG激光陶瓷中缺陷”，我认为目前我们制备的激光陶瓷中的缺陷主要是微气孔，A.Ikesue博士则认为激光陶瓷中的主要缺陷是晶界，而并非气孔。其实现在想想都有道理，A.Ikesue博士早期制备的Nd:YAG透明陶瓷中也存在一定量的气孔，所以那个时候微气孔是最主要的缺陷。随着Nd:YAG透明陶瓷光学质量的提高，陶瓷晶界成了激光陶瓷的薄弱环节（应力、热等易集中区域），目前A.Ikesue博士制备的Nd:YAG陶瓷在透光显微镜中几乎看不到气孔（逐层扫描）。这也从另外一个侧面说明国产激光陶瓷与代表世界最先进水平的日本产品还有一定的差距。

去上海马戏城的途中，有幸坐在池末明生博士的边上，所以我才有更多了解他的机会。当我说自己刚从日本国立材料研究所（NIMS)做完访问学者回国时，A.Ikesue博士突然问我认不认识NIMS的Sakka教授（日本筑波大学教授）。我说当然认识啊，因为Sakka教授是NIMS纳米陶瓷中心的中心长（相当于硅酸盐所的中心主任）。在一次我在NIMS纳米陶瓷中心做公开报告时，Sakka教授曾想我提过好几个问题，所以影响特别深刻。他还问我认不认识Tanaka博士，这个我当然认识，Tanaka博士所在的非氧化物陶瓷课题组和我所在的非氧化物粒子组本来就是同一个组，只是后来分家了。Tanaka博士对科研的态度非常严格，近乎苛刻，我就曾经在实验的一些细节上被教训过几次。可惜在我回国之前他也光荣退休了，退休后还好几次在实验室里自己做实验，佩服之情油然而生。我问A.Ikesue博士为什么对NIMS这么熟悉，让我很感以外的是他也曾经在NIMS做过一段时间的科研工作。当时跟他一起在NIMS从事透明陶瓷研究工作还有后来大名鼎鼎的T.Yanagitani博士（神岛化学公司研究主管），不过这些都是上个世纪九十年代初期的事情了。A.Ikesue博士和T.Yanagitani博士都是在NIMS的T.Ikegami教授课题组从事YAG纳米粉体和透明陶瓷的研究工作。记得NIMS的解荣军博士也曾经告诉过我，刚开始做透明陶瓷的时候，神岛化学公司是向NIMS学习制备技术的，同时NIMS和神岛化学公司也联合申请了关于YAG纳米粉体和透明陶瓷制备的专利。说到氧化物纳米粉体和透明陶瓷的制备，我又不得不提到NIMS的李继光博士（导师是东北大学的孙旭东教授）。李继光博士是1998年博士毕业到NIMS的T.Ikegami教授的课题组从事氧化物纳米粉体和透明陶瓷的研制工作，他在这方面很有自己的心得与体会，与李继光博士的探讨让我受益匪浅。很可惜，T.Ikegami教授退休后，他也转到了等离子课题组，所以这方面的工作也没有再开展下去。或许透明陶瓷的制备是一门技术活，就算日本国立材料研究所的技术也没法与神岛化学公司比。

话题有点扯远了。A.Ikesue博士离开NIMS后，觉得Nd:YAG激光透明陶瓷是一种潜在并且有价值的固体激光增益介质。他之所以选择Nd:YAG为研发对象是因为这个体系不仅是立方晶系，相应的单晶也是综合性能最为优异的激光材料。虽然在此之前，Dy：CaF2和NDY多晶陶瓷已经实现了连续激光输出，但是A.Ikesue博士对他们的前景并不看好。他笑称自己在Krosaki公司的时候仅仅是一个烧炉子的工程师，并不是什么科研人员。但是他有执着的信仰，他觉得自己一定能用固相反应制备出高质量的Nd:YAG透明陶瓷。当时的科学界几乎存在一个共识，认为简单固相反应不可能制备出低散射损耗的Nd:YAG透明陶瓷，因为在此之前很多年，真空烧结湿化学法制备的Nd:YAG透明陶瓷均由于过高的散射损耗而未能实现激光输出。就是由于A.Ikesue博士的执着，从20世纪90年代初到1994年左右，他花了不到3年的时间制备出了具有高光学质量的Nd:YAG透明陶瓷。但是刚开始的时候，没有人相信他制备的陶瓷能够出激光，很多名牌大学的教授都认为这是不可能的事情。后来他找到了大阪工学院激光工程研究所的K.Yoshida教授，在他们的共同努力下终于首次实现了Nd:YAG透明陶瓷的连续激光输出。记得A.Ikesue博士告诉我，出激光的那天正好是圣诞节，他说这是上天给他最好的圣诞礼物。但是成功的喜悦并没有让A. Ikesue博士持续太久，因为他急着让这个重大的科研成果让全世界的人都知道。对于A.Ikesue博士报道的结果，当时很多陶瓷界的牛人都觉得不可信，投稿的文章也是几经周折，这个原创性的结果才被接收并于1995年发表在美国陶瓷协会会刊上（J.Am.Ceram.Soc.,1995,78[4]:1033-40])。接着A.Ikesue博士在美陶上发表了一系列关于YAG基透明陶瓷的文章，从而为其奠定了激光陶瓷界大牛的地位。但是A.Ikesue博士从事激光陶瓷的研究工作也并非一帆风顺，大约在接下来的好几年里，由于没有日本政府的财政支持，激光陶瓷项目停滞了3年左右的时间。我想日本政府在财政上没有大力支持的原因有几点：1）Nd:YAG透明陶瓷虽然实现了连续激光输出，但激光输出功率都不高，与Nd:YAG单晶比并没有什么优势；2）激光陶瓷还没有明确的应用背景；3）学术界对激光陶瓷还将信将疑；4）日本政府还没有充分意识到激光陶瓷的战略重要性。

从1995年到2000年左右，A.Ikesue博士用固相反应制备的Nd:YAG透明陶瓷在激光输出功率上没有太大的进展，于是乎激光陶瓷的发展遇到了瓶颈。恰恰在这个时候（也就是2000年左右），日本神岛化学公司（Konoshima）报道了用湿化学法制备Nd:YAG纳米粉体，并用真空烧结的方法制备了高光学质量的Nd:YAG透明陶瓷。用该方法制备的Nd:YAG透明陶瓷具有更低的光学损耗，并且激光输出具有跟单晶相近的斜率效率和光光转化效率。在短短的5年不到的时间里，神岛化学公司与日本电气通讯大学、俄罗斯科学院晶体研究所合作联合开发出了一系列激光二极管泵浦的高效率、高功率固体激光器。激光输出功率也从31W上升到1.46KW。2005年，受美国军方资助，利弗莫尔国家实验室采用日本神岛化学公司提供的Nd:YAG陶瓷板条实现了67KW的连续激光输出。很显然，神岛化学公司走了一条大功率陶瓷激光器的道路。而A.Ikesue博士的World Lab公司没有在这一点上和神岛化学公司攀比，至于具体原因我们不得而知。或许是由于固相反应在制备大尺寸激光陶瓷上的局限，也或许是A.Ikesue博士的兴趣并不在此，更或者是日本政府对科研方向的宏观调控。但是，无论如何，我们都不能否认A.Ikesue博士是一个很有创新思想的人，无论是超短脉冲陶瓷激光器、陶瓷纤维激光器的设计，还是激光陶瓷的复合结构设计和多晶激光陶瓷的单晶化制备。

愿A.Ikesue博士能在激光陶瓷领域作出更大的成就！

最后让我们慢慢品味一下牛人的精彩报告