由中科院承擔的深紫外固態雷射源系列前沿裝備日前通過驗收，我國成為世界上唯一能夠製造實用化深紫外全固態雷射器的國家。
記者 陸琦
「這是我國自主研發高精尖儀器的一個成功範例。」9月6日，由中科院承擔的國家重大科研裝備研製項目——「深紫外固態雷射源前沿裝備研製項目」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晶體與器件平臺、深紫外全固態雷射源平臺，以及基於這兩個平臺研製的8臺新型深紫外雷射科研裝備各項既定目標全面完成，使我國成為世界上唯一能夠製造實用化深紫外全固態雷射器的國家。
中科院院長白春禮表示，該項目是中科院相關研究所和科學家在長期科研工作積累的基礎上，協同攻關、自主創新取得的重要成果，也是中科院近年來「致力重大創新突破、服務創新驅動發展」的具體體現。
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90年代初，在發現硼酸鹽系列非線性光學晶體後，中科院院士陳創天的研究團隊經過10餘年努力，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生深紫外雷射的非線性光學晶體，是在非線性光學晶體研究領域中，繼硼酸鋇、三硼酸鋰晶體後的第三個「中國產」非線性光學晶體。
深紫外非線性光學晶體問世後，如何將其研製成實用化、精密化雷射源，則成為一個棘手的問題。
KBBF晶體是層狀結構，難以切割，而要做到深紫外倍頻又必須切割。為此，陳創天攜手雷射技術專家、中國工程院院士許祖彥，開始摸索解決辦法。
「當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，借用他們的實驗室。」許祖彥回憶說，兩個人窩在實驗室裡，每天工作到深夜一兩點，終於搞出了KBBF稜鏡耦合器件。
該器件在國際上首次實現了1064nm雷射的6倍頻輸出，將全固態雷射波長縮短至177.3nm，首次將深紫外雷射技術實用化、精密化，並已獲中、日、美專利。
之後兩人密切配合，在國際上首次實現KBBF晶體倍頻輸出深紫外雷射，並最終發展出實用化的深紫外固態雷射源(DUV－DPL)。
從此，中國開啟了深紫外的時代。
從雷射源到8臺裝備
DUV－DPL的研製成功，不僅使得我國雷射科技研究突破了200nm以內的「深紫外壁壘」，實現了實用化、精密化，還極大推進了我國科研人員在雷射科技研究領域的繼續深入。
許祖彥形容自己的工作是「二傳手」，「跟上遊討論晶體該長成什麼樣，向下遊詢問要什麼樣的雷射」。
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(指波長短於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。相對於同步輻射而言，在體積方面，配有KBBF晶體稜鏡耦合器件的全固態雷射器體積變得很小;在能量解析度方面，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，財政部專門設立「深紫外固態雷射源前沿裝備研製」項目，對搭建深紫外非線性晶體和器件研製平臺、深紫外固態雷射器研發平臺，以及研製8臺新型DUV－DPL科學儀器，予以專項支持。陳創天、許祖彥擔任項目首席科學家。
「為使儀器保持領先，科研人員必須不斷調整技術方案。為此，總體部還設立了一個工程監理部，這在國內的科研項目中很少見。」項目總體部總經理、中科院理化所研究員詹文山說。
這樣一來，經常要「推倒重來」。身為「二傳手」的許祖彥深有體會：在5年多的時間裡，滿足了儀器研製人員變更技術方案的多項技術要求，解決了光源與8臺儀器對接的工程問題。
打造自主創新鏈
如今，這8臺科學儀器已經在石墨烯、高溫超導、拓撲絕緣體、寬禁帶半導體和催化劑等研究中獲得了重要結果。
以深紫外雷射光發射電子顯微鏡(PEEM)為例，目前國際上最先進的光發射電子顯微鏡空間解析度最高為20nm，而採用全固態雷射器後能提高到3.9nm。中科院大連化物所利用這臺儀器開展了石墨烯/Ru(0001)表面插層反應原位觀測，為石墨烯等光電子材料發展和應用提供了強有力的研究手段。
詹文山透露，目前2mm以下的KBBF晶體已可小批量生產，滿足國內市場需求。8臺科學儀器中，PEEM正在逐步進行產業化嘗試。
「晶體—光源—裝備—科研—產業化，深紫外固態雷射源前沿裝備研製項目打造了一條自主創新鏈，涵蓋了從提出原創科學思想到實現應用成果這一完整的科學價值鏈，為學科交叉面廣、跨度大、探索性和工程性很強的原創性重大科研裝備創新積累了經驗，也為中科院各業務管理單元合理分工、深度融合、協力創新提供了典型樣本。」白春禮評價道。
「這僅僅是深紫外波段儀器應用的開始。」許祖彥透露，項目二期將從物理、化學、材料拓展到信息、資環、生命等領域，開展6臺國際領先水平的儀器設備研製工作，繼續推動深紫外技術的深度開發。
同時，在一期任務順利完成基礎上，去年中科院理化所聯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備產業化開發工作，逐步將研製成功的深紫外儀器設備推向市場。