一块“玻璃”的自主创新之路

    深紫外非线性光学晶体——看上去它就像一块雾蒙蒙的“玻璃”，然而就是这样一块不起眼的“玻璃”，却能将激光“改造”成深紫外激光源，更加便捷地“照进”纳米级的微观世界。科学家们说，它或许将给我们习以为常的世界带来革命性的突破。  

    “这真是一块完美的晶体，它确实可以使得某些领域向前发展——前提是，如果你能得到它。”——《自然》杂志评语

    物理学家詹文山研究员解释说，不同波长的光形成了不同的颜色，我们人类能看到红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，但比紫色波长更短的光——紫外光和深紫外光，人类就看不见了。这些看不见的“光”对科学技术的发展和高新技术产业非常重要的，比如大规模半导体集成电路的刻蚀、纳米微加工技术、离子激光冷却技术、能谱技术、光谱技术等。

    应用已有的技术很难输出深紫外激光，也就是波长短于200纳米的光，“这在国际激光领域被称为一堵‘墙’”。中国科学院院士陈创天介绍，研究小组经过十多年不懈的研发，在国际上首次培育出KBBF晶体，实现了深紫外激光的输出。在此基础之上，陈创天研究小组又陆续发现了其他非线性光学晶体，使之形成系列。

    启示：仪器设备在科学发现中发挥越来越大的作用，但只有原创性的仪器，才能有独一无二的成果。想要有原创的仪器设备，必须有自己的核心技术，或者是提出原创性的科学问题后进行有针对性的设计、开发。

    “这是目前这种晶体唯一的实用化技术，已经获得中、美、日三国发明专利授权。”——陈创天

    晶体研制出来了，但如何实用化是另一个难题——陈创天说，KBBF晶体实用化面临两个难题：一是如何培育出可实用的大单晶；二是如何对其进行切割加工。

    陈创天说，这种晶体的层状习性非常严重——也就是说它们总是长成一片一片的，而做仪器必须具有一定厚度和体积。为了攻克这一难题，研究小组用了将近十年时间，终于找到了控制晶体生长的诀窍。“现在能生长得到几乎是一块单晶。目前已经实现小批量生产，用于满足国内需求。”

    在切割加工技术上，陈创天研究小组与许祖彦研究小组合作研发出KBBF晶体的棱镜耦合技术，这是目前这种晶体唯一的实用化技术，已经获得中、美、日三国发明专利授权，保证了我国在这一领域的世界领先地位。

    启示：有了核心材料，还要开发出实用化的关键设备，否则再尖端的发现也只能被束之高阁、无用武之地。上世纪90年代，陈创天和许祖彦用仅0.3毫米的晶体得出实验结果首次倍频实现184.7nm深紫外激光，就已经震惊了国际学界。即使没有实用化，他们的成就也足以载入科学史册。可是他们没有止步。十几年，这其中经历了多少失败，陈创天并没有提及。或许，耐心、坚韧、持之以恒，才是成功的关键。

    “材料—器件—装备—科学研究—产业化”自主创新链已经形成。——许祖彦

    中国工程院院士许祖彦解释说，不同科研领域需要的仪器不同，这不仅仅是大小的问题，需要输出的平均功率、脉冲宽度、重复频率、固定波长还是可调谐都各有不同。许祖彦领衔的研究团队，“经过三年多的努力，共研制成功8类8台国际首创深紫外全固态激光源”。

    有了核心部件，一批原创仪器相继问世。由中科院大连化学物理研究所包信和院士领衔的研究小组研制成功“深紫外激光光发射电子显微镜”，实现了高空间分辨条件下的表面化学和表面结构的动态原位研究，是一套世界领先并且功能独特的表面研究平台。这只是一个例子，“深紫外激光拉曼光谱仪”、“深紫外激光光化学反应仪”、“深紫外激光原位时空分辨隧道电子谱仪”……深紫外家族正在逐步壮大中，并开始取得多项科研成果。

    中科院计财局局长孔力介绍说，目前中科院正在前期工作的基础上，组织专家进一步调研，一方面将研制成功的8台仪器设备中技术成熟、具有市场潜力的发展成为商品化仪器设备；另一方面将进一步整合技术力量，并加强与高校及其他部门的合作，为我国前沿科学研究提供有效的技术手段。

    启示：中科院理化技术研究所、中科院大连化学物理研究所、中科院物理研究所、中科院半导体研究所……陈创天院士、许祖彦院士、王占国院士、李灿院士、包信和院士……这是一个强大的团队，科学技术发展到现在，仪器的成功创新，大抵不再是一人之功，需要一个团队、甚至几个团队的协作。

    （本报记者 齐 芳）