馬修泉 博士
廣東國志激光技術有限公司 首席科學家
馬修泉博士，現任華中科技大學機械科學與工程學院正教授級研究員，同時任華中科技大學光學與電子信息學院雙聘教授，目前兼任廣東國志激光技術有限公司首席科學家。他本科畢業於北京大學物理系，博士畢業於美國密歇根大學安娜堡分校的超快光學中心（美國三大光學中心之一，誕生了脈衝啁啾放大技術並獲得2018年諾貝爾物理學獎），博士期間專修高功率光纖激光器並在大模場單基模特種光纖設計、高功率非線性效應的抑制機理、光纖光學與非線性頻率轉換等領域獲得眾多頗具影響力的研究成果，2016年全職回國從事激光器與激光加工工藝的研發與產業化工作。
在2019年5月舉辦的中國（深圳）激光博覽會期間，本刊編輯有幸採訪了廣東國志激光技術有限公司（簡稱：國志激光）首席科學家馬修泉博士，通過此次的採訪，我們對國志激光公司的產品和技術有了更進一步的瞭解。
出任國志激光首席科學家
隨著激光工藝和裝備近年來的飛速發展，激光器已經從一個研究對象慢慢變成了一種研究工具。過去人們不知道如何使用激光器，誕生一種新的激光器，才有人去探索如何使用它，所以那個時代是激光光源拉動激光加工工藝與裝備緩慢地發展。但現在情況發生了反轉，人們已經熟悉和掌握了激光光源大概的加工特性以及能夠實現的功能，隨著激光加工工藝與裝備在各行各業的普及，幾乎每一天都有層出不窮的激光加工新需求出現，可以說激光器已經從一種新奇的研究對象變成了所謂的“激光刀具”，而作為需求方的激光加工工藝與裝備逐漸成為激光器乃至整個激光產業的拉動者。
因此，2016年馬修泉博士回國入選國家“千人計劃”後，選擇進入華中科技大學機械學院激光加工團隊工作，一心想在激光加工應用上做出可以引領激光器乃至整個激光行業發展的科研貢獻，“華中科技大學機械學院激光加工團隊在學科帶頭人邵新宇教授的帶領下剛剛於2015年牽頭獲得激光加工領域的國家科技進步一等獎，在激光加工工藝與裝備領域有數十年的積累”馬修泉博士介紹說。然而，他發現可以滿足前沿研究需求的高端激光器幾乎都被國外產品所壟斷，而進口壟斷產品的售價和進口貨期都讓人難以接受，這讓曾長期在美國工作的馬修泉博士深深感覺到高端激光器依賴進口的種種掣肘，“在當時的2016年，甚至4千瓦和6千瓦的光纖激光器都必須依賴進口，而進口高功率飛秒、皮秒以及紫外激光器的價格更是讓人瞠目結舌”，於是馬修泉博士決定依託自身的技術積累，先把高端激光器做出來，再推進激光應用的技術開發，馬修泉博士開玩笑說“我是被進口激光器逼著成為了現在國志激光的首席科學家”。
項目落地和團隊組建
雖然“被迫”從高端激光器入手開始參與我國激光行業的飛速發展，馬修泉博士依然堅持自己“以激光加工帶動激光光源等上游核心器件”的想法和初衷，選擇與廣東華中科技大學工業技術研究院和廣東省智能機器人研究院這兩個在珠三角地區非常有影響力的新型研發機構合作開展產業化進程，就是為了更加貼近機械行業，順應激光加工拉動激光光源與器件的大勢。與此同時，兩個研究院的領導人張國軍教授也給予了項目巨大支持。國志激光從誕生的那一刻開始，就帶有適應下游應用和貼近工藝開發的基因，產品從研發目標確定開始就精確瞄準行業應用，產品無論是軟件開發還是硬件設置都力求儘量滿足下游應用的訴求。
在機械加工的大環境中開始激光光源的研發與產業化固然更加貼近下游應用，但面臨的困難是場地、設備、人才方面的短板，馬修泉博士完全從零開始，從最初的潔淨室場地裝修到設備的選型與調試以及逐步的人才培養等工作都必須親力親為，最終在短短2年多的時間裡向市場推出國內首臺全自主知識產權的3萬瓦全光纖激光器（200微米輸出），這個速度是非常驚人的！相比之下，華中科技大學於2016年開始申購一臺美國IPG 3萬瓦全光纖激光器（300微米輸出，劣於國志激光的200微米輸出），由於受到歐美對我國高科技限制封鎖政策的影響，IPG 3萬瓦的激光器從認購到安裝花了整整2年時間。“2年時間購買一臺激光器是個什麼概念呢？”，馬修泉博士說，“2年時間足夠我們自力更生、從零開始的完全把它做出來並用在實際工業應用中，而且我們也做到了”。
國志激光的技術研發和產品推廣
馬修泉博士介紹道：“國志激光的研發團隊由一群80後的產業精英組成，平均年齡大概在35歲左右，具有極強的技術攻關能力。目前國志激光已經推出的兩款標誌性產品分別是國際首臺5000瓦商用單光纖激光模塊和國內首臺3萬瓦商用全光纖激光器，並於2019年5月獲得中科院光電研究院國家激光器件質量監督檢驗中心出具有CNAS、CMA、CAL資質的檢測報告，並在ILAC體系下國際互認。目前國志激光接受3至10萬瓦光纖激光器的訂單，已經可以覆蓋高功率端的絕大部分應用。”
“國志激光從創立伊始就決心把技術做好、把產品做實，在產品指標和產品可靠性上向IPG這樣的國際龍頭看齊，力爭做到產品一旦推出即刻獲得市場的認可，所以在相當長一段時間裡是專心做研發，生產團隊和銷售團隊是2019年春節之後才建立起來，目前產品線已經可以覆蓋從750瓦至10萬瓦各個功率段的需求，後續我們還會推出準連續型的QCW光纖激光器、納秒脈衝MOPA激光器、綠光以及紫外激光器等高端產品”，馬修泉博士對國志激光將來的技術研發能力充滿信心，“目前還僅僅是開始，我們後面會有更具創新力、更有震撼性的創新產品推出”。
“目前生產能力和銷售能力還在提升中，但國志激光對自己研發出的產品非常有信心”，馬修泉博士說，“我們的產品從設計到製造完全是一切圍繞下游客戶的需求，特別是針對下游客戶在可用性和可靠性這兩個方面的核心訴求，做出了巨大努力並獲得了明顯的優勢。”據瞭解，國志激光的產品在抗高反方面的突出能力獲得下游客戶的一致認可，據客戶反映是業界在抗高反方面最優秀的機型。再例如，國志激光的產品在冗餘功率能力和長期功率抗衰減方面也獲得下游客戶的一致認可，已有試用樣機累積工作超過幾千小時無故障無衰減，而且國志激光產品在最高功率水平還可以保持線性的電流功率提升能力，對下游客戶保持長期滿功率運行提供確實的保障。另外，國志激光利用自身在器件層面自主研發和生產的優勢，能夠給客戶帶來與眾不同的定製化能力，例如國際上最早出現光纖輸出環形光斑在線可調系統是日本AMADA公司於2013年推出的ENSIS 3015AJ切割系統，而馬修泉博士在美國JDSU公司工作期間正是親自負責此係統光學設計的負責人，目前馬修泉博士已經為下游客戶解決了很多高難度的定製化問題，例如基於光纖激光輸出的同軸填絲系統、基於光纖激光輸出的雙光束系統等等。
很有意思的是，馬修泉博士本科畢業於北京大學物理系，而國志激光的另外兩位負責人一位本科畢業於武漢大學物理系、一位本科畢業於國防科技大學物理系，整個國志激光帶有一種物理學思維的精神：從研發理念來看，國志激光強調“從物理原理拓展到工程技術”，強調“知其然並且知其所以然”的研發思維，強調“悟物窮理”的精神；從公司文化來看，國志激光強調用“大道至簡”物理學風格解決問題，強調“一切圍繞滿足客戶需求”的單一原則，強調“返璞歸真和迴歸本源”的矛盾解決方式。目前公司在良好的氛圍下快速發展，也希望能夠吸納更多志同道合的產業精英共同奮鬥，一起將公司做大做強。
國志激光的3萬瓦光纖激光器在5月首次亮相
光纖激光器的產業爆發才剛剛開始
當討論到光纖激光器的產業發展前景的時候，馬修泉博士詳細的闡述了他的想法。首先馬修泉博士認為激光加工的潛在市場需求遠遠超出我們的想象，後續還有十倍甚至百倍的市場容量有待開發：“目前國產激光加工裝備市場的主力軍是激光平面切割裝備，但眾所周知，平面切割只是金屬加工需求的首道工序，以金屬焊接、金屬表面處理為代表的眾多後道工序的需求實際上遠大於平面切割的需求，激光焊接和激光表面處理技術在絕大部分應用場景都相比傳統技術佔據巨大優勢，隨著激光器成本的快速下降，越來越多的工藝技術會在需求的牽引下逐步成熟，最終實現的激光加工裝備市場將是目前的十倍甚至百倍。”
其次，馬修泉博士認為萬瓦級以上的超高功率激光器的大量應用指日可待：“從經驗主義的角度來看，似乎萬瓦級以上超高功率激光器的應用需求少到可以忽略不計，目前行業界甚至還存在所謂功率瓶頸的說法，即萬瓦級以上超高功率激光器在工藝上並顯示不出更優越的能力。但從物理層面來講，我們可以簡單看一下激光裝備與自動化行業不常關注的兩個基本物理常數——金屬的熔化閾值是百萬瓦每平方釐米，金屬的表面改性閾值是萬瓦每平方釐米。從這兩個技術物理常數來說，功率提升到萬瓦以上是非常自然的，將來實際使用中出現十萬瓦甚至百萬瓦的激光功率都很正常。包括我自己在內，2018年前產業界的共識是激光切割採用6000瓦已經足夠，不太可能再需要更高的功率。但步入2019年後，奔騰楚天和大族激光推出的1.5-2萬瓦高速高精激光切割機在市場上反響熱烈，切割質量和速度都是6000瓦完全無法相比的。所以，產業技術進步的步伐是很快的，隨著一些配套共性技術的突破，如光學透鏡的熱影響問題等，可能在一兩年內，1.5-2萬瓦甚至3萬瓦的切割機床將成為大型金屬製造企業或者大型加工站的標準配置，而焊接市場對2萬瓦以上超高功率激光器的需求更是出現爆發式成長。總之，金屬加工領域對激光光源功率的需求將會不斷上升，突破十萬瓦可以說是指日可待。”
另外，馬修泉博士拋出了一個“激光摩爾定律”的全新概念來詮釋光纖激光產業爆發的新形勢：“從物理學的角度來看，激光與半導體有很多類似之處，半導體技術和激光技術的發明時間分別為1947年和1960年,獲得諾貝爾獎的時間分別為1956年和1964年，二者早期時間節點很接近，半導體是費米子的量子效應而激光是玻色子的量子效應，二者也都是量子效應的產物。然而，二者發展至今的體量和影響力卻相去甚遠，究其根本在於半導體技術能夠一直按照每18個月能力翻一倍而成本降一半的摩爾定律快速發展。光纖激光誕生以來一直滿足每5年功率上升10倍的發展速度，換成另外一個數字，其實就是每18個月功率翻一倍。從另外一個角度來看，光纖激光近一兩年的發展開始滿足每18個月成本降一半的現象，也就是說光纖激光產業似乎開始進入一個類似摩爾定律的高速發展期。”馬修泉博士補充道，“我查了一下Google，似乎我是國際上第一個正式提出這個激光摩爾定律的人。前不久我在一次會議上拋出這個概念，當時在座的國際同行似乎也都非常感興趣，因為光纖激光器的泵浦源來自半導體制成工業，所以光纖激光器能夠跟上摩爾定律這個現象似乎並不是很讓人驚訝，我感覺國際同行都比較認同這一全新的說法。”
馬修泉博士總結道：“總之，光纖激光的功率提升能力讓越來越多的領域可以用上足夠功率的激光光源，而光纖激光的成本降低速度讓越來越多的領域可以接受激光加工這個新興的加工手段，二者相輔相成，將會迎來更持久更猛烈的產業爆發，可以說，屬於光纖激光的時代才剛剛開始。”
國產激光光源產業的發展是任重而道遠
當討論到我國激光加工產業現狀與未來前景時，馬修泉博士首先高度評價了我國激光加工裝備行業的現狀：“目前我國佔全球激光市場裝機總量的40%，激光製造產值居世界首位，國內激光裝備年產值有望在2019年突破千億大關，產業方面湧現出以大族激光、華工激光為代表的一系列優秀企業，其中大族激光的年產值排名世界激光企業第二位。可以說，憑藉著在金屬製造業方面強大的內需，我國已經成為世界範圍內激光製造領域最為活躍的地區。”馬修泉博士特別強調，“從某個角度來講，在眾多引領21世紀的新興科學技術當中，激光製造是我國為數不多的明顯佔據相對優勢的一個產業，值得國家給予持續的高度重視，不斷突破上游核心技術，力爭早日將激光製造業塑造成為一個可以支撐國民經濟的支柱性產業。”
馬修泉博士談到了國產激光光源產業發展的“任重”問題。前面也提到了，馬修泉博士認為是善長成本控制的中國企業將光纖激光的成本做到了滿足摩爾定律的水平，從這個角度來講，中國企業肩負著讓更多的行業和領域用得起光纖激光的重任，“感覺激光技術在歐美很多小而美的技術公司裡面就像一個昂貴的玩具，只有具備雄厚資本和技術積累的貴族企業才用得起，只有中國企業可以將激光技術做到讓所有需要激光技術的領域都用得起激光器，只有中國企業可以讓激光技術被廣大手工業從業者和一帶一路的第三世界國家用得起激光器，也只有這樣才能催生更大規模的激光產業，這是國產激光光源產業光榮而神聖的使命。”
接著，馬修泉博士也憂心忡忡的表達了國產激光光源產業發展的“道遠”問題。據瞭解，IPG從2018年就開始接受50萬瓦的商用激光器訂單，IPG的官網上也接受2萬瓦的單基模光纖激光器訂單，而我國目前國產光纖激光器的最高功率只有3萬瓦、最高功率的單基模激光器還無法超過1.5千瓦，類似巨大差距的技術參數對比在IPG公司的官網上隨處可見。“作為一個在國外激光領域學習和工作了十年的從業者來講，我深深感受到我國在激光技術領域的核心尖端技術與國外產業界的巨大差距。國產激光光源目前在產值和市場份額方面取得的長足進步是值得稱讚的，但正如前面所提到的，產業技術的發展是非常迅速的，技術的迭代和發展有可能在近幾年出現一次顛覆性的變化，所以國產激光光源企業必須要在搶佔中低端市場份額的同時重視核心技術研發，要在技術上真正做到替代進口。”馬修泉博士強調，從這一點上講，國志激光以“國人驕傲、志存高遠”為創辦理念，是一家真正打算在技術上取得突破性進展的國產光源公司。
用一句話總結對國產激光技術和產業發展的看法，馬修泉博士反覆強調“國產激光光源產業的發展是任重而道遠”，但馬修泉博士對未來是非常充滿信心的：“商用激光器歸根到底是大批量的標準器件製造業，與手機和無人機類似，不管技術層面有什麼困難，將來把商用激光器做到世界第一的一定是一家中國企業，這一點是我堅信的！”
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