拍瓦激光器作為超快激光大家庭中最龐大，最復(fù)雜的系統(tǒng)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到用戶所期待的“Turn-key”水平，目前全球拍瓦激光市場(chǎng)還是被法國(guó)兩家公司Amplitude Technologies 和Thales Opotronics壟斷，全球科研市場(chǎng)的繁榮為兩家公司提供了大量的訂單，但也為其商務(wù)服務(wù)和后續(xù)技術(shù)支持提出了很大的挑戰(zhàn)。

單從中國(guó)市場(chǎng)來(lái)看，目前這兩家公司尚沒(méi)有布局完善的售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。拒不完全統(tǒng)計(jì)，Amplitude Technologies在中國(guó)只有1名專(zhuān)門(mén)服務(wù)于鈦寶石系統(tǒng)的技術(shù)人員，尚未聽(tīng)說(shuō)Thales有任何長(zhǎng)駐中國(guó)的鈦寶石系統(tǒng)技術(shù)服務(wù)人員，這給客戶帶來(lái)的極大的不方便，且這種狀況在長(zhǎng)期看來(lái)應(yīng)該不會(huì)有太大的變化。

這就意味著，鈦寶石放大系統(tǒng)的用戶在絕大多數(shù)情況下要么“漫長(zhǎng)且無(wú)奈”等待原廠的服務(wù)，要么自食其力運(yùn)行維護(hù)該復(fù)雜的激光系統(tǒng)。令人欣喜的是，拍瓦激光器所涉及到的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，全球范圍內(nèi)也有不少同行系統(tǒng)可以借鑒，國(guó)內(nèi)也有相應(yīng)的第三方技術(shù)服務(wù)公司，相信完全可以“拋棄”制造廠商 。

下面筆者給大家介紹美國(guó)內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校(以下簡(jiǎn)稱(chēng)UNL)Diocles拍瓦激光系統(tǒng)的“自力更生”經(jīng)驗(yàn)，希望給國(guó)內(nèi)的同行們提供些許的借鑒。UNL的Diocles激光系統(tǒng)是相對(duì)早期的商用啁啾脈沖放大激光系統(tǒng)，該激光系統(tǒng)的課題組長(zhǎng)是Donald Umstadter教授，其從密歇根大學(xué)跳槽到UNL后，購(gòu)置了Thales公司的100TW (3J/30fs) 激光系統(tǒng)，隨后添置了4臺(tái)共計(jì)100J能量的泵浦源，自力更生升級(jí)到了1PW, 用于激光尾波場(chǎng)電子加速和基于逆湯普頓散射的超快X-射線研究。

和目前大多數(shù)激光系統(tǒng)一樣，該實(shí)驗(yàn)室早期也是受夠了激光器廠家“技術(shù)服務(wù)不給力”的苦，嚴(yán)重影響了科研任務(wù)的進(jìn)程，因此建立一支精干的激光隊(duì)伍刻不容緩。經(jīng)過(guò)幾年的努力，最終形成了由三名超強(qiáng)激光專(zhuān)業(yè)博士（均來(lái)自中國(guó)），兩名激光工程師（激光專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)）和一名電氣工程師（碩士研究生畢業(yè)）為核心力量的隊(duì)伍，將激光系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)地井井有條。激光系統(tǒng)一年時(shí)間內(nèi)的故障發(fā)生率低于5%，激光系統(tǒng)工作日服務(wù)時(shí)間從早10點(diǎn)至晚6點(diǎn)，100TW束線10Hz運(yùn)行，1PW束線0.1Hz運(yùn)行。

這些運(yùn)行參數(shù)對(duì)一臺(tái)小能量的kHz激光系統(tǒng)微不足道，但是對(duì)拍瓦激光系統(tǒng)而言已經(jīng)是世界領(lǐng)先的指標(biāo)了。由于激光系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集充足，科研人員基本無(wú)需加班，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)和激光團(tuán)隊(duì)的關(guān)系較為融洽。在此激光系統(tǒng)的支持下，實(shí)驗(yàn)端科學(xué)家們?cè)诨谀鏈疹D散射的超快X-射線研究領(lǐng)域創(chuàng)造了多項(xiàng)世界紀(jì)錄，并在PRL, Nature Photonics等頂尖雜志上發(fā)表了多項(xiàng)原創(chuàng)性成果。接下來(lái)從幾個(gè)方面介紹一下該激光系統(tǒng)的“自力更生”經(jīng)驗(yàn)。

1.激光技術(shù)人員待遇較高，編制穩(wěn)定，積極性高。

美國(guó)科研經(jīng)費(fèi)的使用在“人力”上面比較靈活，實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員由于受到工業(yè)界的壓誘惑較多，因此必須給予較高薪資才可以將其穩(wěn)定留住。從UNL公開(kāi)工資數(shù)據(jù)可查，激光技術(shù)人員的稅前工資在5- 6萬(wàn)美元之間，這足以保證美國(guó)中部的小康生活。從編制上，這些技術(shù)人員屬于學(xué)校的固定編制，比博士后和助理研究員還要穩(wěn)定。以Diocles的兩位激光工程師為例，是美國(guó)一所激光學(xué)校專(zhuān)科畢業(yè)，其工作任務(wù)是早上7點(diǎn)之前來(lái)把激光系統(tǒng)預(yù)熱，光路調(diào)好，下午2點(diǎn)左右就下班回家釣魚(yú)和喝啤酒去了。他們還負(fù)責(zé)定期維護(hù)泵浦源、水冷機(jī)，制定激光系統(tǒng)運(yùn)行的SOP以及定時(shí)提醒我們這些“自由散漫”的科研人員注意安全等工作，這就把科研人員從繁瑣的雜事里面解脫出來(lái)，特別是那些“不甘心長(zhǎng)期做雜事”的激光和物理科研人員。對(duì)于門(mén)檻較高的拍瓦激光來(lái)說(shuō)，僅有這些中等技術(shù)人員是完全不夠的，因?yàn)橛行└呱畹募す饧夹g(shù)，特別是超快激光技術(shù)是他們所不能掌握的，因此需要配備訓(xùn)練有素的超快激光專(zhuān)業(yè)的博士，比如某些難度較高的Trouble shooting, 實(shí)驗(yàn)端的光路設(shè)計(jì)，激光系統(tǒng)的升級(jí)改造等。理想情況下，一臺(tái)拍瓦量級(jí)激光系統(tǒng)應(yīng)配備3名以上具有博士學(xué)位的專(zhuān)職激光技術(shù)人員。

2.自我研發(fā)超快激光系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)拍瓦激光維護(hù)運(yùn)行的“反哺”。

Diocles激光實(shí)驗(yàn)室除了擁有商業(yè)的激光系統(tǒng)外，一直在尋求自主研發(fā)激光系統(tǒng)。一是為了改造目前激光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺陷，二是為技術(shù)人員提供激光技術(shù)研發(fā)的平臺(tái)，也能發(fā)paper，為繼續(xù)從事科研工作打下基礎(chǔ)。一個(gè)拍瓦激光系統(tǒng)人員和項(xiàng)目的管理完全不亞于一個(gè)小型的企業(yè)，由于大多數(shù)工作人員具有博士學(xué)位，除了薪資以外，滿足這個(gè)群體的事業(yè)成就感是一個(gè)很重要的課題。比如，大多數(shù)博士人員不滿足單純的調(diào)節(jié)光路，日常維護(hù)等工作，因?yàn)殚L(zhǎng)期下來(lái)職業(yè)發(fā)展受限，成就感不強(qiáng)。科研性質(zhì)的激光系統(tǒng)研發(fā)滿足了這個(gè)群體的職業(yè)發(fā)展訴求。

3.對(duì)泵浦源進(jìn)行維護(hù)、更新、改造。

拍瓦激光系統(tǒng)中最容易出問(wèn)題的是綠光泵浦源，因?yàn)槠淠芰恳话爿^大，容易出現(xiàn)元件損傷等故障。比如，一個(gè)小小O型圈老化也會(huì)使一臺(tái)激光器癱瘓，從而影響整個(gè)激光鏈條的運(yùn)行狀況。Diocles激光系統(tǒng)內(nèi)一共有19臺(tái)綠光泵浦源，一臺(tái)備用泵浦源。每一臺(tái)的運(yùn)行數(shù)據(jù)均記錄在案，定期維護(hù)和更好老化器件（主要是O圈和閃光燈），雖然偶有發(fā)生損傷事故，總體故障率較低。

4.系統(tǒng)核心易損傷的元器件有充足的備貨，損傷后迅速更換。

拍瓦激光器整個(gè)鏈條包含幾千個(gè)光學(xué)元器件和控制設(shè)備，由于是串行設(shè)計(jì)，每一個(gè)出現(xiàn)故障，激光系統(tǒng)將停止運(yùn)行，因此在科學(xué)分析損傷原因并排除隱患后，快速更換被損傷器件將大大提高運(yùn)行效率。Diocles系統(tǒng)備份了系統(tǒng)所需要所有鏡片、晶體以及光柵，更換后立即啟動(dòng)訂購(gòu)程序，保證時(shí)刻有備份。當(dāng)然，激光工程師會(huì)第一時(shí)間出具損傷報(bào)告，留好檔案。

5.系統(tǒng)耗材常備多個(gè)替代廠家，光學(xué)器件100%擺脫原廠限制。

一般情況下，激光系統(tǒng)用戶會(huì)比較依賴激光系統(tǒng)原廠提供的配件，但是如果遇上不給力的廠家，效率低不論，價(jià)格一般情況下也會(huì)比市場(chǎng)價(jià)昂貴很多。Diocles激光實(shí)驗(yàn)室對(duì)核心器件一般會(huì)尋找2家以上器件供應(yīng)商，從而擺脫對(duì)原廠的限制。

6.鼓勵(lì)技術(shù)人員對(duì)激光系統(tǒng)拆裝從而積累經(jīng)驗(yàn)。

復(fù)雜的激光系統(tǒng)如果不從頭拆裝一次，就不可能將其真正自主擁有。實(shí)驗(yàn)室鼓勵(lì)大家“膽大心細(xì)”地拆卸該激光系統(tǒng)，拆之前先做好標(biāo)記以保證復(fù)原。從種子源、泵浦源（包括電源）、放大器到壓縮器，技術(shù)人員都拆裝了若干次，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。可以很自信的說(shuō)，Diocles的激光技術(shù)人員比廠家的一般技術(shù)工程師對(duì)該激光系統(tǒng)還要了解深入，長(zhǎng)期下來(lái)已經(jīng)不需要與廠商進(jìn)行太深入交流。

7.搭建多套提高系統(tǒng)時(shí)間和空間質(zhì)量的控制反饋系統(tǒng)

對(duì)于依賴拍瓦激光的強(qiáng)場(chǎng)物理實(shí)驗(yàn)，峰值功率密度是最重要的指標(biāo)，因此除了能量要足夠以外，脈寬要窄，信噪比要高，聚焦光斑要小，光斑近場(chǎng)質(zhì)量要高。商用脈沖整形器和空間自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)可為提高時(shí)空質(zhì)量保駕護(hù)航，Diocles激光實(shí)驗(yàn)室毫不吝惜提高激光質(zhì)量的投資，

多套Dazzler和變形鏡系統(tǒng)將時(shí)間和空間質(zhì)量推到了理論極限，這也是實(shí)驗(yàn)可以獲得成功的原因之一。

8.實(shí)驗(yàn)儀器自動(dòng)化控制，提高實(shí)驗(yàn)運(yùn)行效率

Diocles激光實(shí)驗(yàn)室配備了具有豐富LabView編程背景的技術(shù)人員，將激光參數(shù)的測(cè)量，實(shí)驗(yàn)儀器的控制集成在一個(gè)整體的界面內(nèi)。實(shí)驗(yàn)人員每采集一次數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)的激光參數(shù)及其他對(duì)應(yīng)的相關(guān)數(shù)據(jù)同步自動(dòng)存儲(chǔ)，并在線快速分析，數(shù)據(jù)采集到文章發(fā)表的周期大大降低。

9.專(zhuān)職項(xiàng)目經(jīng)理和ERP系統(tǒng)

以管理公司的方式來(lái)管理實(shí)驗(yàn)室是Umstadter教授的成功經(jīng)驗(yàn)。他是目前為數(shù)不多的在拍瓦激光實(shí)驗(yàn)室中推行ERP系統(tǒng)和專(zhuān)職項(xiàng)目經(jīng)理的課題組長(zhǎng)。ERP系統(tǒng)保證各個(gè)項(xiàng)目按照管理學(xué)的邏輯科學(xué)運(yùn)轉(zhuǎn)，具有豐富管理經(jīng)驗(yàn)的項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)室所有的項(xiàng)目進(jìn)度，其具有較大的權(quán)利來(lái)約束實(shí)驗(yàn)室人員遵守規(guī)則，但項(xiàng)目經(jīng)理不參與實(shí)際的科研行為。該項(xiàng)目經(jīng)理最好具有理工科專(zhuān)業(yè)背景和商科背景。比如Diocles的項(xiàng)目經(jīng)理之前是生物和計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)，后來(lái)拿到了MBA學(xué)位。

總結(jié)下來(lái)，一臺(tái)拍瓦激光系統(tǒng)要有斗志昂揚(yáng)的激光技術(shù)隊(duì)伍，科學(xué)合理的管理方式和較大的資金支持才可以高效的運(yùn)轉(zhuǎn)。波量科技團(tuán)隊(duì)在鈦寶石拍瓦激光維護(hù)運(yùn)行方面具有十分豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)目前AT和Thales公司的激光系統(tǒng)了如指掌，并可提供拍瓦激光系統(tǒng)整個(gè)鏈條所有高質(zhì)量產(chǎn)品和定制化服務(wù)，希望和實(shí)驗(yàn)科學(xué)家們攜手譜寫(xiě)中國(guó)拍瓦激光裝置的新篇章！