中国科学家闯入深紫外“无人区” | 科技自立自强之路

红、橙、黄、绿、青、蓝、紫

不同波长的光呈现出的不同色彩

共同构成了缤纷多彩的世界

但在人类肉眼看不到的地方

有这样一道光牵动着科学家们的心

这就是波长小于200纳米的深紫外光

深紫外光具有波长短、能量分辨率高、

光子通量密度大等优势

但由于技术难度较大

深紫外激光源长期缺席

使许多重要的科学实验不得不暂时搁置

直到中国科学家们率先推开200纳米的大门

2001年

我国人工晶体专家陈创天带领团队

成功研制出实用的

氟代硼铍酸钾（KBBF）晶体

这是世界唯一

能直接倍频产生深紫外激光的非线性光学晶体

而激光专家许祖彦

从上世纪80年代末

就怀着“填补空白”的初心

埋头探索深紫外激光器

一位手握晶体技术，一位手握激光技术

两人一拍即合

联手共闯深紫外“无人区”

▲KBBF族晶体和光胶棱镜耦合器件。

要想发展深紫外激光器

得先找到有实用需求的用户

三年时间里，许祖彦跑遍大江南北

在全国十几个研究机构“推销”深紫外激光

却总是无功而返

一筹莫展之时

两封邮件带来转机

彼时中国科学院物理研究所研究员周兴江

刚访学归来

正苦于国内没有适用的同步辐射光源装置

2004年5月

他无意间看到陈创天和许祖彦发表的论文

灵光乍现

“我的研究能不能用深紫外激光器实现呢？”

周兴江赶忙发送了两封邮件

就这样

他成了深紫外激光器第一位合作者

2006年底

国际首台“真空紫外激光角分辨光电子能谱仪”

研制成功

2007年

“深紫外固态激光源前沿装备研制”（一期项目）

成功入选“国家重大科研装备项目”试点专项

目标是研制8类实用化、精密化深紫外固态激光源

▲陈创天介绍项目情况。

作为深紫外固态激光器研制链条的起点

KBBF晶体至关重要

但由于体积小

无法采用传统“晶种法”

自然生长状态下的晶体厚度只有0.1毫米

无法满足实验需求

2004年加入陈创天团队的

中国科学院理化技术研究所研究员王晓洋

采用“炉海战术”

安排一堆炉子，并创造了不同的生长条件

每过四个月，长出一炉晶体

“开盲盒”时

结果总是不尽如人意

2006年下半年

连续两个周期长出满足实用需求的晶体

喜悦还没褪去，良品率又急剧下降

王晓洋思来想去

发现是晶体原料的影响

他痛定思痛，决定从头制备原料

终于

2013年一期项目验收时

在国际上首次实现了

批量生长大尺寸、高质量KBBF晶体

▲2013年9月，许祖彦作项目研制总报告。

晶体攻关的同时

激光器研制也同步展开

当时国际上鲜有人涉足这一领域

许祖彦大胆设想：

如果能用KBBF晶体将1064纳米激光进行六倍频

就能产生波长177.3纳米的深紫外激光

要实现这一目标

必须将晶体和棱镜无缝组装在一起

但花了两年多的时间

许祖彦都没找到既能将其粘在一起

又能透过深紫外光的光学胶

既然没有，那就自己造

团队发明了光胶专利技术

用一种特殊工艺

将KBBF晶体和棱镜表面打磨光滑

利用分子间作用力将其紧紧耦合在一起

发明了全球首个KBBF晶体棱镜耦合装置

首次将全固态激光波长缩短至177.3纳米

▲2013年9月，工作人员在操作深紫外激光光化学反应仪。

KBBF晶体与激光器技术被逐一攻克后

“定制化”的深紫外固态激光装置平台越来越多

从2007年一期项目启动

到2023年二期项目验收

我国科学家自主研制

16种20台深紫外固态激光源前沿科研仪器

覆盖材料、物理、化学、

生命、信息、资环六大领域

经过十五年的探索

我国深紫外科研仪器设备已初步形成

“深紫外晶体—激光源—前沿装备

—科学研究—产业化”

自主创新链

时至今日，科学家们仍在持续探索

如何推进深紫外固态激光装置的产业化

研制出更多品种的深紫外激光源

▲深紫外全固态激光光发射电子显微镜 。本文图片均为中国科学院理化技术研究所提供

面对未来无限的应用可能

许祖彦反复强调：

“大型科学仪器的突破是

国家、中国科学院、各科研机构共同协作的成果

是集体智慧的结晶

无论未来怎样发展，这一点不会变。”

阅读全文请见

来源：中国科学报

责任编辑：王颖