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(jìn)”納米級(jí)的微觀世界。科學(xué)家們說(shuō)，它或許將給我們習(xí)以為常的世界帶來(lái)革命性的突破。

　　“這真是一塊完美的晶體，它確實(shí)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(píng)語(yǔ)

　　物理學(xué)家詹文山研究員解釋說(shuō)，不同波長(zhǎng)的光形成了不同的顏色，我們?nèi)祟?lèi)能看到紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫，但比紫色波長(zhǎng)更短的光紫外光和深紫外光，人類(lèi)就看不見(jiàn)了。這些看不見(jiàn)的“光”對(duì)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(zhǎng)短于200納米的光，“這在國(guó)際激光領(lǐng)域被稱(chēng)為一堵"墻"”。中國(guó)科學(xué)院院士陳創(chuàng)天介紹，研究小組經(jīng)過(guò)十多年不懈的研發(fā)，在國(guó)際上首次培育出KBBF晶體，實(shí)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(lái)越大的作用，但只有原創(chuàng)性的儀器，才能有獨(dú)一無(wú)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(wèn)題后進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)。

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

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

　　陳創(chuàng)天說(shuō)，這種晶體的層狀習(xí)性非常嚴(yán)重也就是說(shuō)它們總是長(zhǎng)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(shí)間，終于找到了控制晶體生長(zhǎng)的訣竅。“現(xiàn)在能生長(zhǎng)得到幾乎是一塊單晶。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)，用于滿足國(guó)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(shí)用化技術(shù)，已經(jīng)獲得中、美、日三國(guó)發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)，保證了我國(guó)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(kāi)發(fā)出實(shí)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(wú)用武之地。上世紀(jì)90年代，陳創(chuàng)天和許祖彥用僅0.3毫米的晶體得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果首次倍頻實(shí)現(xiàn)184.7nm深紫外激光，就已經(jīng)震驚了國(guó)際學(xué)界。即使沒(méi)有實(shí)用化，他們的成就也足以載入科學(xué)史冊(cè)。可是他們沒(méi)有止步。十幾年，這其中經(jīng)歷了多少失敗，陳創(chuàng)天并沒(méi)有提及。或許，耐心、堅(jiān)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(guó)工程院院士許祖彥解釋說(shuō)，不同科研領(lǐng)域需要的儀器不同，這不僅僅是大小的問(wèn)題，需要輸出的平均功率、脈沖寬度、重復(fù)頻率、固定波長(zhǎng)還是可調(diào)諧都各有不同。許祖彥領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，“經(jīng)過(guò)三年多的努力，共研制成功8類(lèi)8臺(tái)國(guó)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(wèn)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(shí)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(dòng)態(tài)原位研究，是一套世界領(lǐng)先并且功能獨(dú)特的表面研究平臺(tái)。這只是一個(gè)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(shí)空分辨隧道電子譜儀”……深紫外家族正在逐步壯大中，并開(kāi)始取得多項(xiàng)科研成果。

　　中科院計(jì)財(cái)局局長(zhǎng)孔力介紹說(shuō)，目前中科院正在前期工作的基礎(chǔ)上，組織專(zhuān)家進(jìn)一步調(diào)研，一方面將研制成功的8臺(tái)儀器設(shè)備中技術(shù)成熟、具有市場(chǎng)潛力的發(fā)展成為商品化儀器設(shè)備；另一方面將進(jìn)一步整合技術(shù)力量，并加強(qiáng)與高校及其他部門(mén)的合作，為我國(guó)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(guó)院士、李燦院士、包信和院士……這是一個(gè)強(qiáng)大的團(tuán)隊(duì)，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(gè)團(tuán)隊(duì)、甚至幾個(gè)團(tuán)隊(duì)的協(xié)作。