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激光晶體

“中國晶”研制培育歷程(上)

星之球激光 來源:激光網(wǎng)2011-11-14 我要評論(0 )   

上個世紀(jì)80年代,美國人研發(fā)了KTP晶體。這是一種新型高效 非線性光學(xué)材料 ,具有優(yōu)異的性能,可廣泛應(yīng)用于民用、軍工等領(lǐng)域。美國政府把KTP晶體作為高度保密的高科技產(chǎn)品...

       上個世紀(jì)80年代,美國人研發(fā)了KTP晶體。這是一種新型高效非線性光學(xué)材料,具有優(yōu)異的性能,可廣泛應(yīng)用于民用、軍工等領(lǐng)域。美國政府把KTP晶體作為高度保密的高科技產(chǎn)品,嚴(yán)格限制對非盟國出口。這種非常昂貴的“戰(zhàn)略物資”,即使摔碎了,也要把碎片搜集起來上交。時價折合一萬多元人民幣一克,人家還不賣給我們,因為我們是被“禁運(yùn)”國家。

  以蔣民華院士為代表的山東大學(xué)晶體材料研究所科研團(tuán)隊,“長”出為中國人爭氣的KTP晶體,打破了技術(shù)壟斷,并出口美國、日本等。

  此后,一系列“中國晶”蓬勃生長,其中之一的KBBF族晶體,為中國獨有。國外搞了多年,就是“長”不成。這回是他們想出高價購買,對不起,此乃“非賣品”也! 2009年2月,國際著名的“Nature”雜志以“China’s crystal cache”為題,采訪了KBBF的主要發(fā)明者,中科院理化所陳創(chuàng)天院士。文中提到西方發(fā)達(dá)國家許多單位和個人想使用該晶體卻買不到的困境。

  10月17日,記者來到濟(jì)南,采訪了山東大學(xué)晶體材料研究所所長、晶體材料國家重點實驗室主任陶緒堂教授。

  ■ 萬元難買一克晶

  剛剛送走參加“山東大學(xué)百年校慶”的嘉賓,陶緒堂教授就馬不停蹄地接受了記者的采訪。他說,如果我的恩師蔣民華院士能夠接受您的采訪就好了。非常沉痛的是,5月6日,蔣老師永遠(yuǎn)離開了我們……他為中國晶體材料事業(yè)做出的杰出貢獻(xiàn),將永留史冊。1956年,蔣老師從山東大學(xué)畢業(yè)以后,到廈門大學(xué)盧嘉錫院士那里進(jìn)修學(xué)習(xí)一段時間,回來就做大晶體。我們所的歷史與中國大晶體研究是同步的。幾十年來,幾代人堅持不懈地做下來。上個世紀(jì)60年代,我國潛艇上的一些聲吶探測器件,用的就是我們的酒石酸鉀鈉晶體。1964年,山東大學(xué)獲得的第一個國家級獎項就是磷酸二氫銨大晶體。

  我們的談話,自然說到曾經(jīng)被“卡脖子”的過去。

  KTP晶體,是美國杜邦公司首先做出來的。它是一種新型高效非線性光學(xué)材料,具有非常優(yōu)異的性能,能夠廣泛應(yīng)用于激光醫(yī)療、激光加工、通訊、光盤等領(lǐng)域。美國政府把KTP晶體作為高度保密的高技術(shù)產(chǎn)品,是“戰(zhàn)略物資”,進(jìn)行非常嚴(yán)格的管理,即使摔碎了,也要把碎片搜集起來上交。嚴(yán)格限制對非盟國出口,對社會主義國家實行技術(shù)禁運(yùn)。

  那個時候,這個晶體價錢非常貴。上個世紀(jì)80年代,一克要一萬多元人民幣,比金子貴好多倍! 做一個器件,最少也要幾十克。而且,這么貴你也買不到。人家就是要卡我們的脖子。

  材料科學(xué)太重要了。老一輩科學(xué)家講,一代材料、一代器件、一代產(chǎn)品。材料是基礎(chǔ)?;A(chǔ)不行,別的就很難搞。蔣老師一直強(qiáng)調(diào),搞材料,一是要問有沒有什么功能;二是有什么用途。就是要有責(zé)任感、有志氣,為國家需要服務(wù)、為民族自強(qiáng)爭光。

  美國人的方法是用高溫高壓來生長KTP晶體。蔣先生說我們不能按他們的方法來做。那樣做出來了,也算人家的技術(shù)。我們就采用一種新的方法來生長這個晶體。我們用“助熔劑”的方法來長。1984年下半年,我們用自己的技術(shù)生長出了KTP晶體。

  原來,他們只能長出指甲蓋大小,晶體只是部分透明。我們長出的晶體有幾百克重!整個全是透明的。

  1986年,蔣老師把KTP晶體帶到廣交會上,開了中國高技術(shù)產(chǎn)品向西方工業(yè)國家出口的先河。以前,是美國人“卡”我們,打破了他們的技術(shù)壟斷之后,反過來,是我們的晶體出口到美國、日本等國家。

  還有一個有趣的故事,1987年,美國賣給我國一臺激光器,附加條件是其中的KTP技術(shù)不能賣給中國。當(dāng)時正在美國的中國科學(xué)院晶體專家陳創(chuàng)天笑著對美國人說,現(xiàn)在我們長出的KTP比你們的好多了!美國人只好笑著說,這是美國國務(wù)院的官僚主義!

揚(yáng)眉吐氣“中國晶”

  2004年,美國一家激光專業(yè)雜志載文說,第四代光存儲技術(shù)的實現(xiàn)要等中國的晶體。 這個預(yù)言并非空穴來風(fēng),而是基于一個現(xiàn)實——在人工晶體研究方面,中國走在世界前列。

  繼KTP晶體打破西方壟斷之后,一個又一個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“中國晶”在中國蓬勃生長,比如BBO晶體、LBO晶體、KBBF族晶體等。其中,KBBF族非線性光學(xué)晶體是到目前為止中國獨有的。

  陶教授介紹說,這個讓中國人揚(yáng)眉吐氣的“中國晶”,是我國科研合作的一個典范,是國內(nèi)幾家科研單位通力合作的結(jié)果。

  KBBF晶體是我們中國人發(fā)現(xiàn)的。1990年,中國科學(xué)院陳創(chuàng)天院士課題組,依據(jù)他們獨創(chuàng)的理論,發(fā)現(xiàn)了KBBF。這是個非常好的晶體,是唯一可以用于200納米以下真空紫外的晶體。但是,KBBF具有類似云母的層狀特性,成核很難,長大就更難。不能下種子,只能自發(fā)成核生長。下種子它就生長不出來,這是很特殊的晶體。這個晶體一直長不厚。為什么國外到目前還長不出來?就是這個道理。

  原來,陳老師他們的KBBF也只能長到0.8毫米厚,無法評價其性能。由于我們重點實驗室在助熔劑生長KTP等晶體方面積累了豐富的經(jīng)驗,陳老師就找到蔣老師,商量合作開展KBBF晶體攻關(guān)。結(jié)果,我們只用一年多的時間,就讓它長到了2.8個毫米。有了這個2.8毫米的厚度,中科院物理所許祖彥院士課題組就可以測試晶體的性能了。測試結(jié)果又反饋到生長研究組,反復(fù)改進(jìn)工藝后,得到了比較理想的晶體。這一協(xié)作鏈條中,缺一不可。

  大家非常高興,通過我們?nèi)铱蒲袉挝坏耐献?,使這個東西成為又一個“中國晶”。而且,是我們中國獨有的!

  以前,我們的“中國牌”晶體搞出來,外國人也很快跟著做出來。到目前,這個KBBF晶體他們還沒做出來。包括美國、日本、歐洲的許多研究人員都想買這個晶體,因為有了這個晶體,就可以做很多獨一無二的東西。近年,國家撥出專款,在中科院的多個研究所,用這個晶體產(chǎn)生的深紫外光源,建設(shè)了8臺套獨步世界的先進(jìn)設(shè)備,包括深紫外激光拉曼光譜儀、深紫外激光發(fā)射電子顯微鏡等獨有的科研利器,居深紫外領(lǐng)域國際領(lǐng)先地位。

  我們對KBBF晶體的貢獻(xiàn),是通過我們的晶體生長技術(shù),讓KBBF晶體從0.8毫米,長到了2.8毫米的厚度。作為光學(xué)晶體,達(dá)到一定厚度才能加工。我們蔣老師說過:“晶體長大方成材。”就是說,塊狀晶體必須要長到一定尺寸才能派上用場。

  國際上對KBBF很看好,認(rèn)為它是第四代光存儲優(yōu)選材料,可能成為新一代光刻系統(tǒng)中準(zhǔn)直部分的優(yōu)選光源。

  KBBF族非線性光學(xué)晶體是我們中國整個晶體界的一個驕傲。應(yīng)該也是我們民族的驕傲!這是那些老先生畢生努力的結(jié)果,也是我國科研合作的一個典范。不同單位、不同的研究方向,為了一個目標(biāo),大家通力合作。我們現(xiàn)在還在合作。這正是我們獨特的優(yōu)勢。#p#分頁標(biāo)題#e#

  上世紀(jì)80年代,美國國家基金會、能源部等曾聯(lián)合召開非線性光學(xué)晶體研討會,主題是“為什么十多年來優(yōu)秀的非線性光學(xué)晶體都是中國人和歐洲人發(fā)明的”。他們得出結(jié)論,一是中國人在此領(lǐng)域有長達(dá)數(shù)十年的堅持,另一個原因就是團(tuán)結(jié)協(xié)作。

 

 

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