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    明查|這項技術上,立陶宛“卡”了中國的“脖子”?

    2021-12-11 09:18:24 來源 : 澎湃新聞

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    立陶宛來特激光公司生產的光參量放大器確實被國內各學術研究機構廣泛使用。

    光參量放大器的相關理論和技術已經非常成熟,但由于市場體量小、成本高昂等原因,國內沒有進行大規模生產,由此形成立陶宛企業“壟斷”的表象。說立陶宛可以憑借光參量放大器來卡中國的脖子、制裁自然科學基金里物理材料和化學中三分之一的科研項目,言過其實。

    事件背景

    上月,有用戶在推特上聲稱,立陶宛敢“惹”中國,是有仗其在光學設備領域的技術優勢——立陶宛的Light Conversion公司所生產的激光器、光參量放大器和瞬態吸收光譜被中國一流大學廣泛使用。其中,光參量放大器是真正和芯片一樣的卡脖子產品。該用戶稱,立陶宛可以制裁中國自然科學基金里面物理材料和化學中三分之一的科研項目。

    進一步公開檢索后發現,類似的說法早在今年8月就在知乎上流傳。

    這一說法有何依據?光參量放大器的工作原理和技術難點究竟在哪里?中國是否真的被這家名為Light Conversion的公司卡了脖子?

    明查

    Light Conversion壟斷中國市場了嗎?

    來特激光(Light Conversion)1994年成立于立陶宛首都維爾紐斯,背靠維爾紐斯大學激光研究中心,是國際知名的光學設備生產商。2016年在中國開設分部,正式進駐中國市場。

    該公司產品目錄顯示,其生產的光參量放大器(optical parametric amplifier)主要有TOPAS和ORPHEUS兩種型號。其中,TOPAS早在上世紀90年代就已經投入生產。

    來特激光官網消息稱,TOPAS由該公司首席科學家羅穆阿爾達斯·丹尼埃里烏斯(Romualdas Danielius)設計。由于廣受歡迎, TOPAS甚至成為通行于學術界的專有名詞。的確,如果在谷歌學術上搜索關鍵詞“topas optical parametric amplifier”,可以找到大量提及TOPAS的相關研究。

    公開檢索發現,國內不少高等院校確實使用的是來特激光所生產的光參量放大器。例如,2017年,中南大學物理與電子學院采購來特激光生產的ORPHEUS型號光參量放大器。申請理由一欄稱,目前國內并沒有符號和要求的光學參量放大器生產廠商,而來特激光公司的ORPHEUS穩定性高、性能優異?!恫少徴髑笠庖姽尽凤@示,這臺ORPHEUS價格為43500歐元,折合人民幣約31萬元。

    2018年,浙江大學化學系也采購了一臺PHAROS飛秒激光器及與之配套的光參量放大器。

    西安電子科技大學光學工程博士何鵬在前述知乎用戶回答下評論表示,中國有1000臺來特激光生產的光參量放大器。

    “澎湃明查”從一位中科院光學博士研究生處了解到,國內高校實驗室使用的光參量放大器絕大部分來自來特激光。

    Light Conversion能制裁中國科研項目嗎?

    不得不承認,“來特激光的光參量放大器壟斷中國市場”一說并非夸大。然而,值得注意的是,光參量放大器的應用實際上非常局限,除了涉及飛秒激光實驗的科研項目外,在民用領域幾不可見,因此,光參量放大器這一產品市場需求量小、體量十分有限。

    除此之外,光參量放大器本身的設計和制造并不涉及“卡脖子”的技術。相反,這一技術本身已經相當成熟。不過,要闡明這一問題,還要先從光參量放大器的工作原理開始講起。

    光參量放大器是一種利用參量非線性相互作用來實現激光波長轉換的裝置,需要與激光器配套使用。除了前文提到的飛秒光參量放大器外,皮秒光參量放大器也被廣泛使用。這種皮秒光參量放大器的主要生產商則是另一家有著立陶宛基因的企業——EKSPLA。

    錢士雄和王恭明在《非線性光學——原理與進展》一書中將光參量放大過程稱為“典型的三波混頻過程”。簡單來說,頻率較高的強泵浦光(pump)和頻率較低的弱信號光同時輸入具有非線性相應的晶體中,并產生差頻光輻射,即閑頻光波(idler)。

    光參量放大器的設計和應用以非線性光學理論為基礎。最早關于非線性光學的研究出現在1961年,弗蘭肯(Franken)等人首次發現光學二次諧波。受到該研究的啟發,莫斯科大學物理系團隊于1965年發表了題為《光學范疇內對參量放大的觀察》(Observation of parametri amplification in the optical range)的論文。

    沈元壤在《非線性光學五十年》一文中總結道,非線性光學的發展大致可以分為三個不同的時期:1961-1965年,新的非線性光學效應大量出現;1965-1969年,新的非線性光學效應出現的同時,科學們致力于對已經發現的效應進行研究,并著力發展相關的光學器件;1970年之后,非線性光學研究進一步拓展其維度和應用范圍。

    可以說,發展到今天,不論是非線性光學理論,還是對光學參量放大的研究,都已經非常成熟,并不存在過高的理論壁壘。事實上,不少優秀的中國學者在這一領域產出了豐富的學術論文和著作,國內一些研究團隊也已經自行研制了光參量放大器。例如,北京大學目前持有的3臺光參量放大器中,就有一臺是由物理化學實驗室自制的。

    上述博士研究生指出,相對低廉的成本,以及與多家其他國家的激光器生產商形成的綁定關系,都有助于立陶宛企業在光參量放大器制造領域形成壟斷。

    的確,出售光參量放大器的品牌不止來特激光一家。例如,北大實驗室儀器查詢結果中,查看2014年購入的“高能量光參量放大器”后發現,該儀器的生產廠家是一家名為“相干”(Coherent, Inc.)的美國公司。但是型號卻是前文提到過的,由丹尼埃里烏斯教授設計的TOPAS。相干公司的TOPAS與來特激光的TOPAS甚有淵源。

    進入相干公司官網搜索“TOPAS”,可以找到該公司的TOPAS-Prime的產品手冊。放大觀察產品照片,發現除了產品頂部寫著的“Coherent”外,在TOPAS prime標識的正下方,還標注著“Light Conversion”的字樣。

    相干公司TOPAS-Prime型號光參量放大器外觀

    無獨有偶,2020年11月,復旦大學采購的來自理波公司(Newport Corporation)子公司光譜物理(Spectra-Physics)的光參量放大器,也同來特激光達成了“貼牌”式的密切合作。

    光譜物理公司TOPAS-Prime型號光參量放大器外觀

    前述博士研究生表示,一般情況下,光參量放大器會和價格更為高昂的激光器打包出售給實驗室,以便后續的配套使用與售后維護。因此,雖然激光器的生產仍舊掌握在相干和光譜物理公司手中,但這種打包銷售的形式在客觀上幫助來特激光拓展了光參量放大器的市場。而這種長久以來互相促進的合作關系,正是希望進入光參量放大器制造領域的中國公司目前無法達成的。

    從另一個層面上來說,上述光學儀器公司之所以更傾向于與來特激光合作,除了生產技術和產品質量方面的原因,相對低廉的制造和維護成本也是重要考量。

    立陶宛統計局(Statistics Lithuania)數據顯示,2020年制造業勞動力價格約為1433.70歐元/月(約合人民幣1.03萬元)。美國勞動統計局(Bureau of Labor Statistics)數據顯示,2020年12月,制造業工人勞動力價格為23.23美元/小時(約合人民幣147.44元)。按照月工時176小時(每月工作22天、每天工作8小時)計算,美國制造業勞動力價格約為立陶宛的2.5倍。

    此外,經過多年的發展,立陶宛已經形成了完整的光學元件制造產業鏈,大大降低了大規模生產光參量放大器的生產成本。前文所提到過的EKSPLA公司下屬的子公司、光學元件制造商EKSMA就是一個典型例子。

    EKSMA公司光學元件產品目錄

    目前,國內尚未批量投產光參量放大器。一方面是已經提到的,市場需求量原因;另一方面,光學元件零售價高昂,在目前階段,即使制成出售,相較于已經形成完善體系的立陶宛企業來說,并不具備價格優勢。因此,中國企業要想從立陶宛企業手中接過光參量放大器生產制造的接力棒,最需要克服的,與其說是技術難關,倒不如說是完善產業鏈、在保障質量的前提下壓縮配套元件的生產成本。

    綜上,不管在全球范圍內還是在中國,立陶宛的來特激光公司生產的光參量放大器有著良好的市場口碑,被各學術研究機構廣泛使用。但是,“光參量放大器是像芯片一樣的卡脖子產品”一說卻是言過其實:相關理論和技術已經十分成熟,但由于其用途狹隘、市場需求量有限,國內暫未形成規?;a,由此形成了“壟斷”的表象。

    在某種程度上來說,使用立陶宛企業生產的光參量放大器,正是全球化背景下資源在全球范圍內配置的直接表現。而說立陶宛囂張是有賴其高超的光學儀器制造技術——憑借光參量放大器來“卡”中國的“脖子”、制裁自然科學基金里物理材料和化學中三分之一的科研項目,則是言過其實。

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