想象这样一个场景：一束激光在腔内往返，每一次来回都比前一次更短——如同鼓槌快速敲击，节奏愈发急促。最终，它在飞秒（femtosecond, 10⁻¹⁵ s）的时间尺度上定格，成为人类“看见”时间流动、洞察分子运动与物质变化的利器。
这并非幻想，而是1990年代初由苏格兰圣安德鲁斯大学（University of St Andrews, Scotland）物理学家威尔逊·西贝特（Wilson Sibbett, 1948-2024）点燃的科学革命。今天，我们从这一束“亚10飞秒脉冲”的光说起，讲述这位追光者如何让时间的精度被重新定义，也让一场持续三十余年的光子时代由此展开。
Wilson Sibbett（威尔逊·西贝特），以其在超短脉冲激光器和条纹相机方面的工作而闻名。（图源：Scottish Universities Physics Alliance）
西贝特出生于北爱尔兰安特里姆郡波特格伦农（Portglenone, County Antrim, Northern Ireland）。童年，他在河流与田野之间成长，梦想白天教书、夜晚耕田，但对光的热爱让他最终选择科学道路。1960年代末，激光刚诞生，他进入贝尔法斯特女王大学（Queen’s University Belfast）攻读物理学，并在1970年以一等荣誉毕业。随后，他师从激光物理学家丹尼尔·J·布拉德利（Daniel J. Bradley），深入非线性光学研究。1973年，他在伦敦帝国理工学院（Imperial College London）获得激光物理博士学位（Ph.D. in Laser Physics），研究闪光灯泵浦的模式锁定染料与玻璃激光器，为皮秒脉冲测量奠定基础。
博士后阶段，他在帝国理工学院任讲师，开发“Photochron”系列条纹相机（streak cameras），捕捉皮秒动态，推动光电子学与分子动力学研究。他尝试连续波二极管激光模式锁定，为从皮秒到飞秒的桥梁奠基。
1985年，他接受圣安德鲁斯大学（University of St Andrews）物理与天文学系教授邀请，1988年升任系主任，1997年获Wardlaw自然哲学教授（Wardlaw Chair in Natural Philosophy）头衔，直至2014年退休。在圣安德鲁斯，他组建了庞大的研究团队，领导超快光子学实验室，专注于高功率半导体泵浦的掺杂介电激光器开发。西贝特曾回忆：“伦敦的快节奏让我一度想回农场，但苏格兰的海风和实验室的宁静，让我留下了。”
Wilson Sibbett（图源：圣安德鲁斯大学图书馆和博物馆提供）
1990年，西贝特团队在Ti:蓝宝石晶体（Ti:Sapphire ）晶体激光器中首次实现飞秒脉冲的自锁模式（Kerr-lens mode-locking, KLM）。这一发现源于意外：团队原本试图用所谓additive-pulse mode locking技术锁模，即将部分输出光经过光纤获得非线性相移再回送到腔内，却偶然发现没有光纤返回光，激光器也能自己锁模。
后来发现，是KLM利用增益介质中的克尔效应（Kerr effect）引发的锁模：高强度光束在晶体中诱导瞬时折射率变化，形成“克尔透镜”，使脉冲自聚焦，腔内空间孔径选择性放大短脉冲而抑制长脉冲。
其数学描述可用非线性薛定谔方程（Nonlinear Schrödinger Equation）表示，该方程平衡色散与非线性，实现单谐振腔内室温飞秒脉冲：脉宽<10 fs，平均功率约20 mW，仅需1 W DVD二极管泵浦。西贝特团队在1991年Optics Letters论文中报道了这一成果，实现了60 fs脉冲，标志着“自模式锁定”时代的开启。这一技术极大简化了超短脉冲生成的实验条件，也为钛宝石激光器商业化奠定基础。
自锁模Ti:Al2O3激光器腔体结构示意图。（图源：Optics Letters）
西贝特团队还开发全固态光学参量振荡器（optical parametric oscillator, OPO）和便携式DVD泵浦飞秒激光器，使飞秒激光器从实验室概念转化为科研与产业可用工具。他因此获得了1997年皇家学会院士、2000年Rumford奖章、2007年Rank Prize基金奖，以及2011年Optica Charles Hard Townes奖。
Optica Charles Hard Townes奖（图源：Corporate Communications University of St Andrews）
KLM技术的意义不仅在于脉冲短，更在于开启了阿秒科学（attosecond science, 10⁻¹⁸ s）的可能。稳定的飞秒脉冲成为光学频率梳（optical frequency comb）和高强度激光实验的基础，使科学家能够精确测量原子、分子乃至电子动力学。西贝特团队的创新推动了：
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光学频率梳：可实现光频率→微波频率→秒级计时的转换，为约翰·霍尔与特奥多尔·亨施因光频梳获得2005年诺贝尔物理学奖奠定了基础； -
超快光学动力学：观察化学反应、分子振动、电子迁移； -
高强度飞秒激光：可用于粒子加速、核聚变实验、强场物理。
他预测未来的仄秒（zeptosecond, 10⁻²¹ s）脉冲，将揭示原子核内部运动，为基础物理打开新视野。西贝特将超短脉冲历史比作“楼梯”：逐步巩固，再量子跃迁。
尽管西贝特本人未直接创办企业，他的技术迅速被全球激光器制造商采纳，推动Fianium（后并入NKT Photonics）等公司发展飞秒光源。这些公司利用KLM技术生产超连续谱光源，应用于多光子成像和光通信。
飞秒激光器成为眼科手术（如LASIK，提高视力矫正精度）、材料微加工、多光子显微、超快光通信等关键工具，全球市场规模已超数十亿美元。
作为工程与物理科学研究理事会（EPSRC）资助的超快光子协作总监，西贝特推动量子限域与光子带隙结构结合，助力飞秒激光在网络通信中的革命。圣安德鲁斯光子中心（Photonics Centre, University of St Andrews）也孵化了多家初创企业，使科研成果直接转化为产业应用。
西贝特指导了50余名博士生和大量博士后，包括光学微操纵专家基尚·多拉基亚（Kishan Dholakia）和光轨道角动量研究先驱迈尔斯·帕杰特（Miles Padgett），推动跨学科研究。
他培养的学生和博士后，很多成为独立课题组负责人或企业技术骨干，如多拉基亚领导的阿德莱德大学生命之光中心（Centre of Light for Life）。校方评价：“他塑造了今日科学家的视野，也影响了全球光学发展。”西贝特强调多学科合作：“光学不止于物理，它连接生物、工程与材料科学。”
Wilson Sibbett（图源：rememberancebook.net）
2024年10月15日，西贝特在家安详离世，享年76岁。Nature Photonics称他为“光学界的巨人”，Optica讣告赞其为“超快光学先驱”。
威尔逊·西贝特通过KLM技术，让飞秒脉冲从实验室概念转为科研与产业工具。他不仅开创了极短光脉冲时代，也为现代光学、超快光学、光学计时、阿秒科学奠基。飞秒激光技术改变了实验室，也深刻影响医疗、通信、材料加工等领域，体现科学从原理到实践的力量。他的科研精神提醒我们：科学探索是一场持续的追光旅程，每一代科学家都是“楼梯”上的攀登者。
参考资料：
1.Spence, D. E., Kean, P. N., & Sibbett, W. (1991). 60-fsec pulse generation from a self-mode-locked Ti:sapphire laser. Optics Letters, 16(1), 42–44.
2.Optica. (2025, January 1). Remembering Wilson Sibbett. Optics & Photonics News.
3.Ye, J., & Cundiff, S. T. (n.d.). Precision measurement & ultrafast science. JILA, University of Colorado.
4.Paschotta, R. (n.d.). Kerr lens mode locking. In RP Photonics Encyclopedia.
5.Royal Society of Edinburgh. (n.d.). Professor Wilson Sibbett.
6.Kane, D. J., & Squier, J. A. (2013). A review of cavity design for Kerr lens mode-locked solid-state lasers. Applied Sciences, 3(4), 694–709.
7.BBC News. (2000, April 7). Scotland | Lasers point to faster internet.
8.Taylor, J. (2025). Wilson Sibbett (1948–2024). Nature Photonics, 19, 1.
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