激光工业的现状及其未来的可能性

在这次采访中，AZoM与Daylight Solutions的高级副总裁兼总经理Tim Day博士谈论了行业和量子级联技术的现状。

您能告诉我们的读者您在很小的时候是如何对科学和技术产生兴趣的吗?欧洲杯线上买球

当我七岁的时候，我的父亲给了我一本书。这是一本由沃尔特·迪斯尼插图的美国书的翻译，名为《我们的朋友原子》，其中包含了核物理的历史，包括过去所有的伟大人物。

这是一见钟情。我不认为我在科学技术方面有什么特别的天赋，但我说，欧洲杯线上买球“我想成为一名物理学家，”我从未动摇过。非常简单，我只是觉得这是我的使命。

你是怎么进入光子学领域的?

意大利是核物理和高能物理的伟大发源地。我在罗马大学学习，受到恩里科·费米和他的学校的巨大影响。我的三位教授曾和费米一起学习和工作。费米在这个领域是一个(友好的)巨人，我爱上了他。我说,"我想成为一名高能物理学家"但过了一段时间，我意识到这太难了，数学对我来说可能太难了。

我身边有一些像乔治·帕里西这样的人。他是世界上最杰出的理论物理学家之一，主要研究自旋玻璃。我说,“不行，我得另想办法。那不是我的路。”

然后我遇到了弗朗西斯科·德·马蒂尼，他在我进入罗马大学时成为了我的导师。他和查理·汤斯在麻省理工共事了40年。我问他是否愿意为我的论文录取我，他说是的。

我在20世纪70年代开始思考激光，当时它们还很新。那时候在非线性光学方面有很多令人兴奋的工作，所以我攻读了非线性光学博士学位。与此同时，光纤开始被开发出来。

在意大利的体制下，你首先得免费为教授工作，然后，如果他们喜欢你的工作，他们就会给你奖学金。我不想这么做，所以我在一所高中教了一年书，直到我在意大利电信和邮局的实验室找到了一份工作。就是在这里，我第一次与光纤打交道。

这项工作最终把我带到贝尔实验室，在我赢得扶轮奖学金之后。我很早就对激光和非线性光学产生了兴趣——这非常令人兴奋。当时光纤还处于起步阶段，康宁刚刚展示了其著名的低损耗光纤。

我的朋友赫伯·克罗默，诺贝尔奖得主，总是说，“在选择研究时，你应该是机会主义者，从好的意义上说。选择你擅长的，你可以实际产生影响的，或者有一些容易实现的目标的。”我决定，如果我想在贝尔实验室扬名立万，我就必须在一个目前人很少的领域工作，所以我开始研究雪崩光电二极管，那是我的波段工程的开始。

总的来说，这是一条曲折的道路。我从不喜欢某个特定的话题，相反，我会顺其自然。我仍然处于这种状态。

在你的光子职业生涯中，你看到的最大的影响是什么?

我想做一些能产生巨大影响的事情。如果我继续在传统的线性光学(这仍然是新的)，半导体激光器(这是爆炸)，甚至纤维光学的老路上走下去，我将很难成名。这就是为什么我决定研究探测器，而且是在不太拥挤的地方。

在决定进入激光领域之前，我首先为研究主管在乐队工程部门工作。我发现了卡札里诺夫和苏瑞的论文，这启发了我。我说,“我想尝试做一个这样的激光器，”但事实证明，它必须以非常不同的方式来完成。

再一次，我环顾四周寻找路径，那时，我意识到用分子束外延可以创造出非凡的控制结构。我觉得自己像个在糖果店里的孩子。

我还记得1981年那些神奇的日子。我想到了超晶格雪崩光电二极管。在那之后不久，我意识到如果我想让这些电子离开量子阱，我必须磨碎它。接下来是魔法楼梯——能量楼梯。我把它叫做阶梯型固态光电倍增管，我没办法做，因为我没有材料。这启发我走向量子级联激光器。

量子级联激光器是一个级联。如果你看Jerome Faist的书，量子级联激光器的第一张图片是锯齿状的——没有量子阱。当我倾斜的时候，它就变成了一个楼梯。这是我设计的检测器的基础，这也是QCL的最初灵感。

我意识到，你可以设计具有人造特性的新材料。欧洲杯足球竞彩Leo Esaki, Tsu和贝尔实验室的其他人都在研究这个。我意识到这意味着我可以组合任何我想要的东西——任何形状。基于此，我决定做一个晶体管。如果要对我的作品进行描述，我将称之为广义的材料工程。欧洲杯足球竞彩

为什么我没有选择超材料?欧洲杯足球竞彩那里有伟大的科学，但它不断做出承欧洲杯线上买球诺，而我想要的是真正有影响力的设备。隐身吗?不可能。完美的镜头?不可能。完美的镜头是一个伟大的理论构想，但这是不可能做出一个真正的镜头。这种技术太复杂了，要把这些材料做成三维的形状太难了。欧洲杯足球竞彩我突然想到;我们必须像处理电子学一样处理光学材料。欧洲杯足球竞彩

我们开始研究平面光学，但有些人认为称其为平面光学更好。它鼓舞人心，现在正在腾飞——它有了自己的生命。这一切都是基于这样一种想法，即制造这些材料比制造传统的3D超材料更容易。欧洲杯足球竞彩

你认为QCL最大的影响是什么?

在论文发表之前，我们开始与一些美国人交往，我们意识到化学传感还有一个未开发的领域——微量气体分析。在佛罗伦萨的一次研讨会上，我们意识到了这一领域的潜力。想法是有的，但因为我们只有一个狱警₂激光和半导体激光器必须保持在低温下，这实际上留下了许多潜力未被开发。

我的大气化学家同事和朋友告诉我，在化学传感领域使用大气化学已经改变了游戏规则。例如,有著名的EPA的使命,他们使用了两个量子层叠激光器,这些飞行了四年从南极到北极在不同高度空间映射精度的温室气体ppb - 1%精度的平均值+一氧化碳。

很多人告诉我，这让他们大开眼界。高功率存在一个问题，我们在写QCL论文时花了一段时间才意识到这一点。我们没有意识到功率与级的数量成正比。这是显而易见的，我们最终在第二篇论文中意识到这一点，当我们做实验时。

这与半导体截然不同。其他的，你得到N的乘方。你会得到更多，因为很难从二极管激光器得到室温中红外激光器。一年前，我们在CLEO演讲上做了广告，但由于种种原因，我们没有继续做下去。

QCL在ftir中的应用是未来的发展方向。你没有地球的带宽可调性，但是你得到了5个数量级的信号与噪声的比值。我们做了一个实验，但我们只发表了它当我们观察水中肌酐的光谱时，这是FTR做不到的-你没有足够的可调性，但你可以检测到东西。

我现在对量子很感兴趣——量子革命，以及我们可以将纠缠用于各种应用的事实。这是一场技术革命，但我也认为这在科学上可能会引领我们走向第二次量子革命。我们需要做一些关键的实验来最终告诉我们，是否有超越哥本哈根解释的量子力学的解释。这是迷人的。

因为量子光学、量子科学和技术这一领域往往会吸引顶尖人才，我认为我们将在未来10年迎来一段伟大欧洲杯线上买球的旅程。

赫伯·克罗默在他的诺贝尔演讲中说，“任何足够新颖和创新的技术的主要应用，一直是，并将继续是由该技术创造的应用。”技术在很大程度上是不可预测的，因为它是由发明创造的。它来自于一项本质上不可预测的发明，然后这些发明者将创建他们的应用程序。激光就是一个例子，当它发明的时候，没有人想到光通信或光纤。

晶体管似乎是个例外，因为它一开始是作为替代品。默文·凯利提出了这个想法然后和肖克利和巴丁组成了一组固态物理学家。这就是晶体管作为一种摆脱机械开关的手段的开端。实际上，晶体管不仅仅是真空管的替代品，而且没有人预测到它们的成本效益会有多高——它引发了一场革命。这一切都发生在我的有生之年——我出生于1949年，而晶体管是在1947年发明的。

我有一张漂亮讲座的CD，题为“科学和技术的困境——约翰·冯·诺伊曼遗产的庆典”。欧洲杯线上买球他说，一旦你发明了一项技术，我们理解其含义的能力就跟不上了，这主要是因为它是如此不可预测。这导致了伦理上的争论。作为科学家，我们创造东西，这取决于其他人如何使用它们，但在我看来，这像是一种逃避。

你能告诉我们的读者你现在在做什么吗?

现在我们正在研究分子激光器，它是由量子级联激光器泵浦的。分子激光早在七十年代就出现了，它的想法非常简单。分子的振动跃迁称为转子振动跃迁。你可以取一个旋转能级对应一个振动态，然后用一个红外光子抽运它，你激发它到一个不同振动带的旋转态。

人们用有限公司₂在QCL可用之前的激光器，但系统是不可调的，因为CO₂激光的可调谐性和波长有限，而且体积庞大。

我和亨利·埃弗雷特谈过他在分子激光的论文中做了一些很好的工作。我们很合得来，想把两者结合起来。因此，我们创造了一种新型的分子激光器，它具有很强的性能和广泛的可调谐性。我们用了日光解决方案的激光，调整了它，然后用在笑气上。我们把一个50厘米长的腔的输出频率从200千兆赫调到1太赫兹。

接下来，使用其他气体，CO和甲基氟，我们希望使用可调谐QC激光器泵浦在整个太赫兹间隙。这是真正的圣杯，因为，在太赫兹间隙，你在更高的频率失去效率。这些光源要么是离散波长的，要么是体积的，要么是冷的，或者它们有一些其他的缺点。我们的方法可能是解决方案。

我预测，至少在五年内，我们将能够在太赫兹范围内开发大量应用。太赫兹范围在许多领域有点像3D超材料。欧洲杯足球竞彩例如，很多人说，“你可以扫描尸体”或“你可以看到恐怖分子是否有炸弹”，但来源在哪里?它们不是很有效，或者qcl不适合扫描仪。

我认为它为光无线通信等应用开辟了空间——利用吸收水分的峰值进行短距离通信。通过使用山谷而不是高峰，你可以有短频率的通信，可以用于秘密行动。这不是一个新想法。

我收到了鲍勃·威尔逊的邮件，他和阿诺·彭齐亚斯发现了微波背景。他说，如果我们能创造一个可广泛调谐的光源，我们就可以使用外差探测器和外差接收器，我们的激光就可以成为本振。这将使我们能够以高灵敏度看到许多分子。目前，在电子本振中必须有多个模块在不同频率下工作。这非常令人兴奋，射电天文学也被证明是非常令人兴奋的。

对于即将进入这些领域的研究生，你有什么建议?

光学是一个平台。这是一个超级学科。我并不想在这方面偏颇，但如果你接受过光学教育，你几乎可以进入科学的任何领域。欧洲杯线上买球

当引力波被发现的时候，我非常兴奋，有一天晚上我熬夜了，我没有上常规的课，而是就这个发现开了一堂课。我准备了一些幻灯片，然后说，“看看这对基础天体物理学的巨大影响。看看医学，看看生物学——这就是光学的力量。”

如果你有一个好的博士学位和良好的背景，你不会变得过于专业化，你就有机会从一个学科转换到另一个学科。这就是我的职业生涯。我开始研究激光，然后是光纤，然后是探测器和光电子学，然后回到非线性光学和量子阱，然后是真正的激光和超材料。欧洲杯足球竞彩Optics给你选择，因为它是一个平台。

如果你进入光学领域，并且你有激情，你可以创造自己的成功之路，而不会被困住。不要陷入困境很重要——你必须让自己恢复活力。如果你在某个领域攻读博士学位，即使你已经取得了成功，也不必坚持下去。考虑在其他领域做博士后，最重要的是，坚持学习。

在我的小组会议上，我会说，“伙计们,醒醒。我比你大40岁。你必须学习，因为如果你有学习和问问题的动力，即使你犯了错误，你也会产生影响。”学习和影响力是齐头并进的。我对这个想法非常感兴趣。

我可以给你讲个有趣的轶事。我岳父是高能物理学领域的杰出人物。他在罗马附近的弗拉斯卡蒂创造了第一个同步加速器。他的团队在一位非常著名的奥地利物理学家的领导下，制造了第一个正电子和电子存储环。

他热爱科学。欧洲杯线上买球他在94岁的时候去世了，在他的100岁生日那天，他的研究所播放了一段他演讲的短视频。在谈话中，他说，"我知道我快死了，但驱使我的是我对宇宙的热爱"他谈到了好奇心，想要发现更多。当我们发现更多的东西时，我们总会惊讶于宇宙比我们聪明得多。大自然比我们有更多的想象力。我认为，作为教师和研究人员，我们有责任将这种热情传递给下一代。

关于蒂莫西·戴医生

Timothy Day博士是DRS Daylight Solutions的高级副总裁兼总经理。Daylight Solutions是一家先进的分子检测和成像产品制造商，服务于工业过程控制、医疗诊断以及使用中红外激光和传感器系统的国防和安全市场。戴博士在光电子行业拥有超过25年的技术和业务管理经验。他曾领导工程、研究、产品开发、制造和营销运营。

他于1990年开始他的职业生涯，担任New Focus的联合创始人，直到公司于2004年出售给Bookham Technologies PLC。2004年，他共同创立了Daylight Solutions公司，在那里他开发了大量的专利和产品组合，并将大量产品转移到国内和海外的生产中。

Day博士积极参与以下公司的董事会:北科罗拉多退伍军人资源中心、Cold Quanta和IRSweep。他持有圣地亚哥州立大学(San Diego State University)物理学学士和硕士学位，以及斯坦福大学(Stanford University)电气工程博士学位。