“這是我國自主研發(fā)高精尖儀器的一個成功范例。”9月6日，由中科院承擔(dān)的國家重大科研裝備研制項目—“深紫外固態(tài)激光源前沿裝備研制項目”通過驗收，驗收委員會給出了如是評價。
該系列前沿裝備中的深紫外非線性光學(xué)晶體與器件平臺、深紫外全固態(tài)激光源平臺，以及基于這兩個平臺研制的8臺新型深紫外激光科研裝備各項既定目標(biāo)全面完成，使我國成為世界上唯一能夠制造實用化深紫外全固態(tài)激光器的國家。
中科院院長白春禮表示，該項目是中科院相關(guān)研究所和科學(xué)家在長期科研工作積累的基礎(chǔ)上，協(xié)同攻關(guān)、自主創(chuàng)新取得的重要成果，也是中科院近年來“致力重大創(chuàng)新突破、服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展”的具體體現(xiàn)。
中科院工作人員在觀察深紫外全固態(tài)激光源平臺的運(yùn)行情況。
開啟深紫外時代，項目從一個晶體開始。
這是一種名為氟硼鈹酸鉀（KBBF）的晶體。上世紀(jì)90年代初，在發(fā)現(xiàn)硼酸鹽系列非線性光學(xué)晶體后，中科院院士陳創(chuàng)天的研究團(tuán)隊經(jīng)過10余年努力，在國際上首先生長出大尺寸KBBF晶體。
KBBF晶體是目前唯一可直接倍頻產(chǎn)生深紫外激光的非線性光學(xué)晶體，是在非線性光學(xué)晶體研究領(lǐng)域中，繼硼酸鋇、三硼酸鋰晶體后的第三個“中國產(chǎn)”非線性光學(xué)晶體。
深紫外非線性光學(xué)晶體問世后，如何將其研制成實用化、精密化激光源，則成為一個棘手的問題。
KBBF晶體是層狀結(jié)構(gòu)，難以切割，而要做到深紫外倍頻又必須切割。為此，陳創(chuàng)天攜手激光技術(shù)專家、中國工程院院士許祖彥，開始摸索解決辦法。
“當(dāng)時中國大陸還沒有這方面的實驗裝置，我們不得不跑到香港科技大學(xué)，借用他們的實驗室。”許祖彥回憶說，兩個人窩在實驗室里，每天工作到深夜一兩點，終于搞出了KBBF棱鏡耦合器件。
中國科學(xué)家在國際上首次生長出可直接倍頻產(chǎn)生深紫外激光非線性光學(xué)晶體，以及發(fā)明的棱鏡耦合技術(shù)。
該器件在國際上首次實現(xiàn)了1064nm激光的6倍頻輸出，將全固態(tài)激光波長縮短至177.3nm，首次將深紫外激光技術(shù)實用化、精密化，并已獲中、日、美專利。
之后兩人密切配合，在國際上首次實現(xiàn)KBBF晶體倍頻輸出深紫外激光，并最終發(fā)展出實用化的深紫外固態(tài)激光源（DUV－DPL）。
從此，中國開啟了深紫外的時代。
從激光源到8臺裝備
DUV－DPL的研制成功，不僅使得我國激光科技研究突破了200nm以內(nèi)的“深紫外壁壘”，實現(xiàn)了實用化、精密化，還極大推進(jìn)了我國科研人員在激光科技研究領(lǐng)域的繼續(xù)深入。
許祖彥形容自己的工作是“二傳手”，“跟上游討論晶體該長成什么樣，向下游詢問要什么樣的激光”。
他花了一年多時間，跑了二三十個實驗室，“推銷”DUV－DPL。
深紫外波段（指波長短于200nm的光波）科研裝備目前主要使用同步輻射和氣體放電等非相干光源。相對于同步輻射而言，在體積方面，配有KBBF晶體棱鏡耦合器件的全固態(tài)激光器體積變得很��；在能量分辨率方面，比同步輻射提高5~10倍以上；在光子流密度方面，提高了3~5個量級。
2007年年底，財政部專門設(shè)立“深紫外固態(tài)激光源前沿裝備研制”項目，對搭建深紫外非線性晶體和器件研制平臺、深紫外固態(tài)激光器研發(fā)平臺，以及研制8臺新型DUV－DPL科學(xué)儀器，予以專項支持。陳創(chuàng)天、許祖彥擔(dān)任項目首席科學(xué)家。
“為使儀器保持領(lǐng)先，科研人員必須不斷調(diào)整技術(shù)方案。為此，總體部還設(shè)立了一個工程監(jiān)理部，這在國內(nèi)的科研項目中很少見。”項目總體部總經(jīng)理、中科院理化所研究員詹文山說。
這樣一來，經(jīng)常要“推倒重來”。身為“二傳手”的許祖彥深有體會：在5年多的時間里，滿足了儀器研制人員變更技術(shù)方案的多項技術(shù)要求，解決了光源與8臺儀器對接的工程問題。
打造自主創(chuàng)新鏈
如今，這8臺科學(xué)儀器已經(jīng)在石墨烯、高溫超導(dǎo)、拓?fù)浣^緣體、寬禁帶半導(dǎo)體和催化劑等研究中獲得了重要結(jié)果。
以深紫外激光光發(fā)射電子顯微鏡（PEEM）為例，目前國際上最先進(jìn)的光發(fā)射電子顯微鏡空間分辨率最高為20nm，而采用全固態(tài)激光器后能提高到3.9nm。中科院大連化物所利用這臺儀器開展了石墨烯/Ru（0001）表面插層反應(yīng)原位觀測，為石墨烯等光電子材料發(fā)展和應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的研究手段。
詹文山透露，目前2mm以下的KBBF晶體已可小批量生產(chǎn)，滿足國內(nèi)市場需求。8臺科學(xué)儀器中，PEEM正在逐步進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化嘗試。
“晶體—光源—裝備—科研—產(chǎn)業(yè)化，深紫外固態(tài)激光源前沿裝備研制項目打造了一條自主創(chuàng)新鏈，涵蓋了從提出原創(chuàng)科學(xué)思想到實現(xiàn)應(yīng)用成果這一完整的科學(xué)價值鏈，為學(xué)科交叉面廣、跨度大、探索性和工程性很強(qiáng)的原創(chuàng)性重大科研裝備創(chuàng)新積累了經(jīng)驗，也為中科院各業(yè)務(wù)管理單元合理分工、深度融合、協(xié)力創(chuàng)新提供了典型樣本。”白春禮評價道。
“這僅僅是深紫外波段儀器應(yīng)用的開始。”許祖彥透露，項目二期將從物理、化學(xué)、材料拓展到信息、資環(huán)、生命等領(lǐng)域，開展6臺國際領(lǐng)先水平的儀器設(shè)備研制工作，繼續(xù)推動深紫外技術(shù)的深度開發(fā)。
同時，在一期任務(wù)順利完成基礎(chǔ)上，去年中科院理化所聯(lián)合北京中科科儀等單位，在科技部支持下啟動了深紫外儀器設(shè)備產(chǎn)業(yè)化開發(fā)工作，逐步將研制成功的深紫外儀器設(shè)備推向市場。
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