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光学元件

“中国晶”研制培育始末(一)

星之球激光 来源:天津网2011-11-13 我要评论(0 )   

上个世纪80年代,美国人研发了KTP晶体。这是一种新型高效 非线性光学材料 ,具有优异的性能,可广泛应用于民用、军工等领域。美国政府把KTP晶体作为高度保密的高科技产品...

上个世纪80年代,美国人研发了KTP晶体。这是一种新型高效非线性光学材料,具有优异的性能,可广泛应用于民用、军工等领域。美国政府把KTP晶体作为高度保密的高科技产品,严格限制对非盟国出口。这种非常昂贵的“战略物资”,即使摔碎了,也要把碎片搜集起来上交。时价折合一万多元人民币一克,人家还不卖给我们,因为我们是被“禁运”国家。

  以蒋民华院士为代表的山东大学晶体材料研究所科研团队,“长”出为中国人争气的KTP晶体,打破了技术垄断,并出口美国、日本等。

  此后,一系列“中国晶”蓬勃生长,其中之一的KBBF族晶体,为中国独有。国外搞了多年,就是“长”不成。这回是他们想出高价购买,对不起,此乃“非卖品”也! 2009年2月,国际著名的“Nature”杂志以“China’s crystal cache”为题,采访了KBBF的主要发明者,中科院理化所陈创天院士。文中提到西方发达国家许多单位和个人想使用该晶体却买不到的困境。

  10月17日,记者来到济南,采访了山东大学晶体材料研究所所长、晶体材料国家重点实验室主任陶绪堂教授。

  ■ 万元难买一克晶

  刚刚送走参加“山东大学百年校庆”的嘉宾,陶绪堂教授就马不停蹄地接受了记者的采访。他说,如果我的恩师蒋民华院士能够接受您的采访就好了。非常沉痛的是,5月6日,蒋老师永远离开了我们……他为中国晶体材料事业做出的杰出贡献,将永留史册。1956年,蒋老师从山东大学毕业以后,到厦门大学卢嘉锡院士那里进修学习一段时间,回来就做大晶体。我们所的历史与中国大晶体研究是同步的。几十年来,几代人坚持不懈地做下来。上个世纪60年代,我国潜艇上的一些声呐探测器件,用的就是我们的酒石酸钾钠晶体。1964年,山东大学获得的第一个国家级奖项就是磷酸二氢铵大晶体。

  我们的谈话,自然说到曾经被“卡脖子”的过去。

  KTP晶体,是美国杜邦公司首先做出来的。它是一种新型高效非线性光学材料,具有非常优异的性能,能够广泛应用于激光医疗、激光加工、通讯、光盘等领域。美国政府把KTP晶体作为高度保密的高技术产品,是“战略物资”,进行非常严格的管理,即使摔碎了,也要把碎片搜集起来上交。严格限制对非盟国出口,对社会主义国家实行技术禁运。

  那个时候,这个晶体价钱非常贵。上个世纪80年代,一克要一万多元人民币,比金子贵好多倍! 做一个器件,最少也要几十克。而且,这么贵你也买不到。人家就是要卡我们的脖子。

  材料科学太重要了。老一辈科学家讲,一代材料、一代器件、一代产品。材料是基础。基础不行,别的就很难搞。蒋老师一直强调,搞材料,一是要问有没有什么功能;二是有什么用途。就是要有责任感、有志气,为国家需要服务、为民族自强争光。

  美国人的方法是用高温高压来生长KTP晶体。蒋先生说我们不能按他们的方法来做。那样做出来了,也算人家的技术。我们就采用一种新的方法来生长这个晶体。我们用“助熔剂”的方法来长。1984年下半年,我们用自己的技术生长出了KTP晶体。

  原来,他们只能长出指甲盖大小,晶体只是部分透明。我们长出的晶体有几百克重!整个全是透明的。

  1986年,蒋老师把KTP晶体带到广交会上,开了中国高技术产品向西方工业国家出口的先河。以前,是美国人“卡”我们,打破了他们的技术垄断之后,反过来,是我们的晶体出口到美国、日本等国家。

  还有一个有趣的故事,1987年,美国卖给我国一台激光器,附加条件是其中的KTP技术不能卖给中国。当时正在美国的中国科学院晶体专家陈创天笑着对美国人说,现在我们长出的KTP比你们的好多了!美国人只好笑着说,这是美国国务院的官僚主义!

扬眉吐气“中国晶”

  2004年,美国一家激光专业杂志载文说,第四代光存储技术的实现要等中国的晶体。 这个预言并非空穴来风,而是基于一个现实——在人工晶体研究方面,中国走在世界前列。

  继KTP晶体打破西方垄断之后,一个又一个具有自主知识产权的“中国晶”在中国蓬勃生长,比如BBO晶体、LBO晶体、KBBF族晶体等。其中,KBBF族非线性光学晶体是到目前为止中国独有的。

  陶教授介绍说,这个让中国人扬眉吐气的“中国晶”,是我国科研合作的一个典范,是国内几家科研单位通力合作的结果。

  KBBF晶体是我们中国人发现的。1990年,中国科学院陈创天院士课题组,依据他们独创的理论,发现了KBBF。这是个非常好的晶体,是唯一可以用于200纳米以下真空紫外的晶体。但是,KBBF具有类似云母的层状特性,成核很难,长大就更难。不能下种子,只能自发成核生长。下种子它就生长不出来,这是很特殊的晶体。这个晶体一直长不厚。为什么国外到目前还长不出来?就是这个道理。

  原来,陈老师他们的KBBF也只能长到0.8毫米厚,无法评价其性能。由于我们重点实验室在助熔剂生长KTP等晶体方面积累了丰富的经验,陈老师就找到蒋老师,商量合作开展KBBF晶体攻关。结果,我们只用一年多的时间,就让它长到了2.8个毫米。有了这个2.8毫米的厚度,中科院物理所许祖彦院士课题组就可以测试晶体的性能了。测试结果又反馈到生长研究组,反复改进工艺后,得到了比较理想的晶体。这一协作链条中,缺一不可。

  大家非常高兴,通过我们三家科研单位的通力合作,使这个东西成为又一个“中国晶”。而且,是我们中国独有的!

  以前,我们的“中国牌”晶体搞出来,外国人也很快跟着做出来。到目前,这个KBBF晶体他们还没做出来。包括美国、日本、欧洲的许多研究人员都想买这个晶体,因为有了这个晶体,就可以做很多独一无二的东西。近年,国家拨出专款,在中科院的多个研究所,用这个晶体产生的深紫外光源,建设了8台套独步世界的先进设备,包括深紫外激光拉曼光谱仪、深紫外激光发射电子显微镜等独有的科研利器,居深紫外领域国际领先地位。

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  我们对KBBF晶体的贡献,是通过我们的晶体生长技术,让KBBF晶体从0.8毫米,长到了2.8毫米的厚度。作为光学晶体,达到一定厚度才能加工。我们蒋老师说过:“晶体长大方成材。”就是说,块状晶体必须要长到一定尺寸才能派上用场。

  国际上对KBBF很看好,认为它是第四代光存储优选材料,可能成为新一代光刻系统中准直部分的优选光源。

  KBBF族非线性光学晶体是我们中国整个晶体界的一个骄傲。应该也是我们民族的骄傲!这是那些老先生毕生努力的结果,也是我国科研合作的一个典范。不同单位、不同的研究方向,为了一个目标,大家通力合作。我们现在还在合作。这正是我们独特的优势。

  上世纪80年代,美国国家基金会、能源部等曾联合召开非线性光学晶体研讨会,主题是“为什么十多年来优秀的非线性光学晶体都是中国人和欧洲人发明的”。他们得出结论,一是中国人在此领域有长达数十年的坚持,另一个原因就是团结协作。

 

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