一塊“玻璃”的自主創(chuàng)新之路

  深紫外非線性光學(xué)晶體看上去它就像一塊霧蒙蒙的“玻璃”，然而就是這樣一塊不起眼的“玻璃”，卻能將激光“改造”成深紫外激光源，更加便捷地“照進”納米級的微觀世界。科學(xué)家們說，它或許將給我們習(xí)以為常的世界帶來革命性的突破。

　　“這真是一塊完美的晶體，它確實可以使得某些領(lǐng)域向前發(fā)展前提是，如果你能得到它。”《自然》雜志評語

　　物理學(xué)家詹文山研究員解釋說，不同波長的光形成了不同的顏色，我們?nèi)祟惸芸吹郊t、橙、黃、綠、青、藍、紫，但比紫色波長更短的光紫外光和深紫外光，人類就看不見了。這些看不見的“光”對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)非常重要的，比如大規(guī)模半導(dǎo)體集成電路的刻蝕、納米微加工技術(shù)、離子激光冷卻技術(shù)、能譜技術(shù)、光譜技術(shù)等。

　　應(yīng)用已有的技術(shù)很難輸出深紫外激光，也就是波長短于200納米的光，“這在國際激光領(lǐng)域被稱為一堵"墻"”。中國科學(xué)院院士陳創(chuàng)天介紹，研究小組經(jīng)過十多年不懈的研發(fā)，在國際上首次培育出KBBF晶體，實現(xiàn)了深紫外激光的輸出。在此基礎(chǔ)之上，陳創(chuàng)天研究小組又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了其他非線性光學(xué)晶體，使之形成系列。

　　啟示：儀器設(shè)備在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中發(fā)揮越來越大的作用，但只有原創(chuàng)性的儀器，才能有獨一無二的成果。想要有原創(chuàng)的儀器設(shè)備，必須有自己的核心技術(shù)，或者是提出原創(chuàng)性的科學(xué)問題后進行有針對性的設(shè)計、開發(fā)。

　　“這是目前這種晶體唯一的實用化技術(shù)，已經(jīng)獲得中、美、日三國發(fā)明專利授權(quán)。”陳創(chuàng)天

　　晶體研制出來了，但如何實用化是另一個難題陳創(chuàng)天說，KBBF晶體實用化面臨兩個難題：一是如何培育出可實用的大單晶；二是如何對其進行切割加工。

　　陳創(chuàng)天說，這種晶體的層狀習(xí)性非常嚴重也就是說它們總是長成一片一片的，而做儀器必須具有一定厚度和體積。為了攻克這一難題，研究小組用了將近十年時間，終于找到了控制晶體生長的訣竅。“現(xiàn)在能生長得到幾乎是一塊單晶。目前已經(jīng)實現(xiàn)小批量生產(chǎn)，用于滿足國內(nèi)需求。”

　　在切割加工技術(shù)上，陳創(chuàng)天研究小組與許祖彥研究小組合作研發(fā)出KBBF晶體的棱鏡耦合技術(shù)，這是目前這種晶體唯一的實用化技術(shù)，已經(jīng)獲得中、美、日三國發(fā)明專利授權(quán)，保證了我國在這一領(lǐng)域的世界領(lǐng)先地位。

　　啟示：有了核心材料，還要開發(fā)出實用化的關(guān)鍵設(shè)備，否則再尖端的發(fā)現(xiàn)也只能被束之高閣、無用武之地。上世紀90年代，陳創(chuàng)天和許祖彥用僅0.3毫米的晶體得出實驗結(jié)果首次倍頻實現(xiàn)184.7nm深紫外激光，就已經(jīng)震驚了國際學(xué)界。即使沒有實用化，他們的成就也足以載入科學(xué)史冊。可是他們沒有止步。十幾年，這其中經(jīng)歷了多少失敗，陳創(chuàng)天并沒有提及。或許，耐心、堅韌、持之以恒，才是成功的關(guān)鍵。

　　“材料—器件—裝備—科學(xué)研究—產(chǎn)業(yè)化”自主創(chuàng)新鏈已經(jīng)形成。許祖彥

　　中國工程院院士許祖彥解釋說，不同科研領(lǐng)域需要的儀器不同，這不僅僅是大小的問題，需要輸出的平均功率、脈沖寬度、重復(fù)頻率、固定波長還是可調(diào)諧都各有不同。許祖彥領(lǐng)銜的研究團隊，“經(jīng)過三年多的努力，共研制成功8類8臺國際首創(chuàng)深紫外全固態(tài)激光源”。

　　有了核心部件，一批原創(chuàng)儀器相繼問世。由中科院大連化學(xué)物理研究所包信和院士領(lǐng)銜的研究小組研制成功“深紫外激光光發(fā)射電子顯微鏡”，實現(xiàn)了高空間分辨條件下的表面化學(xué)和表面結(jié)構(gòu)的動態(tài)原位研究，是一套世界領(lǐng)先并且功能獨特的表面研究平臺。這只是一個例子，“深紫外激光拉曼光譜儀”、“深紫外激光光化學(xué)反應(yīng)儀”、“深紫外激光原位時空分辨隧道電子譜儀”……深紫外家族正在逐步壯大中，并開始取得多項科研成果。

　　中科院計財局局長孔力介紹說，目前中科院正在前期工作的基礎(chǔ)上，組織專家進一步調(diào)研，一方面將研制成功的8臺儀器設(shè)備中技術(shù)成熟、具有市場潛力的發(fā)展成為商品化儀器設(shè)備；另一方面將進一步整合技術(shù)力量，并加強與高校及其他部門的合作，為我國前沿科學(xué)研究提供有效的技術(shù)手段。

　　啟示：中科院理化技術(shù)研究所、中科院大連化學(xué)物理研究所、中科院物理研究所、中科院半導(dǎo)體研究所……陳創(chuàng)天院士、許祖彥院士、王占國院士、李燦院士、包信和院士……這是一個強大的團隊，科學(xué)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，儀器的成功創(chuàng)新，大抵不再是一人之功，需要一個團隊、甚至幾個團隊的協(xié)作。