對美國封鎖15年：回看“中國晶”誕生始末

　　1974年，在盧嘉錫院士的帶領(lǐng)下，物構所冒著(zhù)風(fēng)險在福州召開(kāi)了全國晶體生長(cháng)學(xué)術(shù)會(huì )議。在會(huì )上，參會(huì )者們提出這么一個(gè)思想：“現在世界上所有的非線(xiàn)性光學(xué)晶體材料都是國外發(fā)現的，我們總是跟著(zhù)國外走，這樣是不行的，我們一定要有自己晶體。一定要有自己的創(chuàng )新。但當時(shí)所有晶體材料都是像貝爾實(shí)驗室那樣的國際頂尖的科研單位搞出來(lái)的，我們行嗎?”大家都有些信心不足。當時(shí)盧嘉錫教授說(shuō)了一句話(huà)“我不下地獄，誰(shuí)下地獄”。會(huì )后，物構所上下一心，決心要做就做自己的晶體材料。

　　1977年陳創(chuàng )天正式被盧嘉錫所長(cháng)任命為非線(xiàn)性光學(xué)材料探索組組長(cháng)，開(kāi)始了系統的探索。1979年他們發(fā)現低溫相偏硼酸鋇，也就是β—BaB2O4(簡(jiǎn)稱(chēng)BBO)，可能是一個(gè)新的非線(xiàn)性光學(xué)晶體。在此基礎上，又經(jīng)過(guò)3年的努力，終于確定BBO晶體是一個(gè)很有應用前景的紫外非線(xiàn)性光學(xué)晶體。

　　1986年5月，在舊金山召開(kāi)的激光電光會(huì )議上，陳創(chuàng )天代表中科院福建物質(zhì)結構研究所和斯坦福大學(xué)應用物理系作了有關(guān)BBO晶體非線(xiàn)性光學(xué)性能的報告，引起了轟動(dòng)，一百多人參加的會(huì )議，卻有四五十人來(lái)詢(xún)問(wèn)情況。這次會(huì )議后，BBO晶體正式被國際學(xué)術(shù)界認可為一個(gè)優(yōu)秀的非線(xiàn)性光學(xué)晶體。兩年后陳創(chuàng )天又報告發(fā)現了LBO(LiB3O5)晶體。由于BBO、LBO晶體是首先由中國科學(xué)家發(fā)現的，而且性能優(yōu)異，具有很好的應用前景，因此國際上被譽(yù)為“中國牌晶體”。

　　1986年BBO晶體獲中科院科技進(jìn)步特等獎，LBO晶體獲1990年中科院發(fā)明一等獎，1991年國家發(fā)明一等獎。BBO、LBO晶體還分別于1987、1989年獲美國光電子產(chǎn)業(yè)界頒發(fā)的十大光電子產(chǎn)品獎。陳創(chuàng )天也先后獲得1987年第三世界科學(xué)院化學(xué)獎和1990年Laser Focus World《激光集錦》雜志頒發(fā)的工業(yè)技術(shù)成就獎。目前，這兩種晶體作為激光頻率轉換晶體材料已經(jīng)在激光高科技產(chǎn)業(yè)中得到廣泛的應用，是目前具有工業(yè)應用價(jià)值的三個(gè)非線(xiàn)性光學(xué)晶體中的兩個(gè)。

　　90年代后，陳創(chuàng )天開(kāi)始進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化。BBO發(fā)表于1984年，但1985年我國才有了專(zhuān)利法。LBO是有專(zhuān)利的，也是我國第一個(gè)有自主知識產(chǎn)權的非線(xiàn)性光學(xué)晶體。福建的中科院福建物質(zhì)結構研究所做起了國內第一家晶體公司。

　　為了改善全國晶體材料研究布局，1999年北京人工晶體研究與發(fā)展中心成立，隸屬中科院理化技術(shù)研究所。陳創(chuàng )天擔任北京人工晶體研究發(fā)展中心主任。

　　在BBO、LBO晶體產(chǎn)業(yè)化后，陳創(chuàng )天和他的研究團隊并沒(méi)有停止研究的步伐，他們針對這兩種晶體不能實(shí)現深紫外(指波長(cháng)短于200nm)倍頻光輸出的缺點(diǎn)，運用分子工程學(xué)方法，進(jìn)一步發(fā)現了KBe2BO3F2(KBBF)晶體。此晶體的發(fā)現彌補了BBO和LBO兩種晶體不能實(shí)現深紫外倍頻光輸出的缺點(diǎn)，從而使得非線(xiàn)性光學(xué)晶體推向了深紫外波段。然而，KBBF晶體具有嚴重的層狀習性，晶體在Z方向不易長(cháng)厚。從2001年開(kāi)始，陳創(chuàng )天研究組和山東大學(xué)晶體所蔣民華院士研究組合作，在KBBF單晶生長(cháng)技術(shù)上獲得突破，隨后陳創(chuàng )天研究組進(jìn)一步同中科院物理所許祖彥院士研究組合作，首次提出KBBF棱鏡耦合技術(shù)，并制作成功光接觸KBBF-CaF2棱鏡耦合倍頻器件，從而克服了KBBF晶體沿Z方向不易長(cháng)厚的缺點(diǎn)。此項專(zhuān)利技術(shù)已獲得中、美、日三國專(zhuān)利權。

　　在此基礎上，陳創(chuàng )天帶領(lǐng)研究組又與東京大學(xué)物性所Watanabe 教授領(lǐng)導的研究組合作，在國際上首次實(shí)現了Nd：YVO4激光的六倍頻諧波光輸出，初步滿(mǎn)足了科學(xué)家為建造一臺超高分辨率光電子能譜儀所需要的激光光源。

　　隨后，他們進(jìn)一步利用日方的光電子發(fā)射接收技術(shù)和瑞典Scienta公司半球光電子能譜分析儀，成功地建造了分辨率達到國際最高的能譜儀。

　　2006年底，中國科學(xué)院物理研究所和理化所合作，使用KBBF棱鏡耦合器件，進(jìn)一步研制成功超高分辨角分辨光電子能譜儀，能同時(shí)高精度的測量電子在固體中的能量和動(dòng)量，這進(jìn)一步增強了激光超高分辨率光電子能譜儀對研究高溫超導體和其他固體中電子奇異特性的功能。這一重大科研成果引起了世界同行的高度關(guān)注。美國幾家重要研究實(shí)驗室和大學(xué)，例如IBM公司、斯坦福大學(xué)，布魯克海文國家實(shí)驗等都已向中科院來(lái)函，要求提供KBBF棱鏡耦合器件。

　　近期，陳創(chuàng )天院士與東京大學(xué)物性所繼續合作，使用直接倍頻方法，獲得了狹帶寬穩定的W級193nm平均功率輸出。這些實(shí)驗結果的取得，將對未來(lái)激光能譜儀的發(fā)展、光刻技術(shù)、激光精密加工、生物基因工程的發(fā)展起到非常重要的作用，是我國在無(wú)機非線(xiàn)性光學(xué)晶體領(lǐng)域繼續保持國際領(lǐng)先水平的重要保證。