中國非線性光學晶體研究成果巨大

2020-12-05 OFweek維科網

  我國每年的科研成果數以萬計,但真正能夠產業化的比例較少,科研與經濟「兩張皮」現象一直是困擾我國經濟建設和社會發展的難題。黨中央、國務院一直把推動科技經濟相互融合作為我國科技工作的重點,把推動科技成果產業化作為調整經濟結構、轉變發展方式的重要內容。為了促進科技成果與市場對接,本報特開闢《國家科技計劃項目成果巡禮》專欄,重點介紹國家科技計劃項目(包括「863」計劃、火炬計劃、科技支撐計劃等)中有明確產業化前景的最新科研成果,使之成為國家級科技成果展示的平臺、與市場對接的橋梁。

  「我可以毫不誇張地說,中國在非線性光學晶體研究領域對世界的貢獻很大。」中科院院士陳創天在對本報記者說此話時,充滿了自豪。

  的確如此,非線性光學晶體研究被國際學術界認為是中國最具有國際影響力的科學研究之一。

  在目前國際上僅有的5種能夠實用化的非線性光學晶體中,中國就佔了3種。這3種晶體均是在陳創天的陰離子基團理論指導下,由他的研究組和合作者一起研究、發現、發展、生產出來的。其中偏硼酸鋇(BBO)、三硼酸鋰(LBO)晶體分別獲得中科院科學技術進步特等獎和中科院科學技術進步獎一等獎、國家發明一等獎,在20世紀90年代被國際學術界譽為「中國牌」晶體,被美國定為十大高技術產品。

  國外同行讚揚中國的晶體材料搞得好。

  記者採訪了陳創天。陳創天說:「取得好成績,主要原因有三。第一,是國家的長期堅持,不急於求成。無論遇到怎樣的時代變遷,晶體材料的研究從未中斷,一直延續下來。第二,是晶體材料領域的科研作風好,不功利。晶體材料是實用科學,以應用、拿得出有用的材料為目的,在這個領域很難弄虛作假。第三,是中國晶體界的團結合作。」

  陳創天涉足晶體科學研究領域始於1962年,48年間他和他的研究團隊不斷給世界帶來驚喜:

  1977年,陳創天提出「晶體非線性光學效應基團理論」,闡述了晶體非線性光學效應的大小和組成晶體的基本結構單元――――陰離子基團電子結構之間的相互關係,為探索新型非線性光學晶體提出了若干理論判據。

  從1979年開始,研究組經過3年努力,使用助熔劑生長法,在世界上首次成功生長出釐米級尺寸的低溫相偏硼酸鋇(BBO)單晶體,為後來對該晶體進行一系列光學性能測定奠定了堅實的基礎。

  1987年,他們發現了第二塊「中國牌」非線性光學晶體――――三硼酸鋰(簡稱LBO),某些性能優於BBO晶體,很快獲得國際雷射科技界和工業界的認可,並被廣泛應用在雷射工業界。

  「我們為LBO申請了專利。目前中國LBO晶體的銷量佔全世界80%以上,年銷售額超過700萬美元。為國家賺了很多錢。」陳創天說,真正有用的成果是一定會創造價值的。

  「給你看看我們在2002年研製出來的新晶體器件――――氟硼鈹酸鉀稜鏡耦合裝置(簡稱:KBBF―PCD)。」記者接過陳創天遞過來的一塊長方體形器件。只見一塊約1毫米厚度的晶體被夾在兩塊紫外石英晶體中間,類似「三明治」結構。

  「你猜猜,這一塊賣多少錢?」

  陳創天告訴記者,這個被稱為KBBF―PCD的器件已經被應用在中、日兩國研製的真空紫外超高解析度光電子能譜儀中,並於2005年首次直接觀察到超導體在超導態時的超導能隙和庫布電子對的形成,為高溫超導體的機理研究提供了新的實驗證據,引起了相關領域科學界的高度重視。由於其不可替代的關鍵作用,KBBF―PCD器件被稱為光電子能譜儀的晶片,每個器件的市場價格高達3萬―5萬美元。

  2006年,中科院物理所和理化所合作,使用KBBF―PCD器件,在國際上首次成功建造了真空紫外雷射角分辨光電子能譜儀。此臺儀器的核心部件就是能產生177.3納米相干光的KBBF―PCD器件。使光電子能譜儀發生了革命性的變化,大大促進了人們對固體材料中各種奇異電子特性的了解。

  「你問這些晶體會在哪些地方派上用場?那可太多了。」陳創天告訴記者,深紫外177.3納米雷射光源不但能夠應用於光電子能譜儀,而且還能應用於其他科學儀器。

  例如,深紫外雷射光發射電子顯微鏡、深紫外雷射拉曼光譜儀、深紫外雷射光致發光光譜儀、深紫外雷射原位時空分辨隧道電子譜儀等為基礎的科學研究帶來強有力的探測手段;177.3納米固體雷射源使用於光電子發射顯微鏡(PEEM),通過表面光電子發射的成像技術,詳細了解圖像的各種物理、化學內涵。目前,IBM等公司正在使用我們所提供的KBBF―PCD器件製造這類新的表面結構觀察設備。

  「這些實例好像離我們的生活有點遠,那我就再舉幾個例子。」陳創天說,現在液晶電視的色彩只能反映自然界顏色的45%,而下一代將是雷射電視,可反映自然界的色彩超過70%,其中的綠光就是通過LBO晶體的倍頻產生的。另外,LBO被廣泛應用於投影儀中,影像效果會更好;KBBF―PCD器件應用於大規模集成電路光刻技術,將擴大其容量。

  為了推動我國具有自主智慧財產權的先進科學儀器的研製,2007年11月,財政部和中科院首次啟動了一個專項名稱為「深紫外固態雷射源前沿裝備研製」的國家重大科研裝備項目,總經費約1.8億元,其核心部件就是KBBF―PCD器件。

  「這些儀器設備的研製成功,將使我國在部分現代化科學儀器的研製方面進入國際先進、甚至領先水平。」陳創天說。

  人們有理由相信,隨著深紫外科學技術的發展,KBBF―PCD器件在科學研究和高技術領域的應用範圍和前景必將更為廣闊。隨著全固態深紫外雷射光源的發展和技術的成熟,將會有越來越多的應用被發現,從而使這一光源在科學研究和高技術領域發揮越來越大的作用。

 

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