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(gòu)所冒著風(fēng)險(xiǎn)在福州召開了全國晶體生長學(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(xiàn)在世界上所有的非線性光學(xué)晶體材料都是國外發(fā)現(xiàn)的，我們總是跟著國外走，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(dāng)時(shí)所有晶體材料都是像貝爾實(shí)驗(yàn)室那樣的國際頂尖的科研單位搞出來的，我們行嗎?”大家都有些信心不足。當(dāng)時(shí)盧嘉錫教授說了一句話“我不下地獄，誰下地獄”。會(huì)后，物構(gòu)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任命為非線性光學(xué)材料探索組組長，開始了系統(tǒng)的探索。1979年他們發(fā)現(xiàn)低溫相偏硼酸鋇，也就是β—BaB2O4(簡稱BBO)，可能是一個(gè)新的非線性光學(xué)晶體。在此基礎(chǔ)上，又經(jīng)過3年的努力，終于確定BBO晶體是一個(gè)很有應(yīng)用前景的紫外非線性光學(xué)晶體。

　　1986年5月，在舊金山召開的激光電光會(huì)議上，陳創(chuàng)天代表中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所和斯坦福大學(xué)應(yīng)用物理系作了有關(guān)BBO晶體非線性光學(xué)性能的報(bào)告，引起了轟動(dòng)，一百多人參加的會(huì)議，卻有四五十人來詢問情況。這次會(huì)議后，BBO晶體正式被國際學(xué)術(shù)界認(rèn)可為一個(gè)優(yōu)秀的非線性光學(xué)晶體。兩年后陳創(chuàng)天又報(bào)告發(fā)現(xiàn)了LBO(LiB3O5)晶體。由于BBO、LBO晶體是首先由中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的，而且性能優(yōu)異，具有很好的應(yīng)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(jiǎng)，LBO晶體獲1990年中科院發(fā)明一等獎(jiǎng)，1991年國家發(fā)明一等獎(jiǎng)。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(jiǎng)。陳創(chuàng)天也先后獲得1987年第三世界科學(xué)院化學(xué)獎(jiǎng)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(jiǎng)。目前，這兩種晶體作為激光頻率轉(zhuǎn)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(yīng)用，是目前具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的三個(gè)非線性光學(xué)晶體中的兩個(gè)。

　　90年代后，陳創(chuàng)天開始進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化。BBO發(fā)表于1984年，但1985年我國才有了專利法。LBO是有專利的，也是我國第一個(gè)有自主知識產(chǎn)權(quán)的非線性光學(xué)晶體。福建的中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所做起了國內(nèi)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(dān)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(tuán)隊(duì)并沒有停止研究的步伐，他們針對這兩種晶體不能實(shí)現(xiàn)深紫外(指波長短于200nm)倍頻光輸出的缺點(diǎn)，運(yùn)用分子工程學(xué)方法，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了KBe2BO3F2(KBBF)晶體。此晶體的發(fā)現(xiàn)彌補(bǔ)了BBO和LBO兩種晶體不能實(shí)現(xiàn)深紫外倍頻光輸出的缺點(diǎn)，從而使得非線性光學(xué)晶體推向了深紫外波段。然而，KBBF晶體具有嚴(yán)重的層狀習(xí)性，晶體在Z方向不易長厚。從2001年開始，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方向不易長厚的缺點(diǎn)。此項(xiàng)專利技術(shù)已獲得中、美、日三國專利權(quán)。

　　在此基礎(chǔ)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(dǎo)的研究組合作，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了Nd：YVO4激光的六倍頻諧波光輸出，初步滿足了科學(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(dá)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(qiáng)了激光超高分辨率光電子能譜儀對研究高溫超導(dǎo)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(yàn)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(yàn)等都已向中科院來函，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(xù)合作，使用直接倍頻方法，獲得了狹帶寬穩(wěn)定的W級193nm平均功率輸出。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果的取得，將對未來激光能譜儀的發(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，是我國在無機(jī)非線性光學(xué)晶體領(lǐng)域繼續(xù)保持國際領(lǐng)先水平的重要保證。