中国独创8台深紫外固态激光源装备，世界领先

突破激光波长之“墙”

深紫外全固态激光源是指输出波长在200纳米以下的固体激光器，与同步辐射和气体放电光源等现有光源相比具有高的光子流通量/密度、好的方向性和相干性。长期以来，深紫外波段（波长小于200纳米）一直缺乏实用化、精密化激光源，制约了深紫外波段科学仪器和前沿研究的发展。

我国科学家自上世纪90年代初开始研究深紫外非线性光学晶体和激光技术，经过20多年努力，在国际上首次生长出可直接倍频产生深紫外激光非线性光学晶体，并发明棱镜耦合技术，率先发展出实用化的深紫外固态激光源，使中国成为当今世界上唯一掌握深紫外全固态激光技术的国家。

此后，我国科学家再接再厉，利用独创、独有的深紫外技术和深紫外激光非线性光学晶体，已成功研制出深紫外激光拉曼光谱仪、深紫外激光发射电子显微镜等8台深紫外固态激光源前沿装备，均为当今世界独有的科研利器，居深紫外领域国际领先地位，在物理、化学、材料、信息、生命、资环、地质等学科领域均有重大的应用价值。

“中国牌晶体”震撼世界

上世纪90年代初，使用非线性光学晶体，已可使激光的波长从近红外拓展到可见、近紫外波长区，但仍旧缺乏一种非线性光学晶体，使得激光波长拓展到深紫外光谱区，也就是波长短于200纳米的光谱区。

而深紫外激光源对于科技发展非常重要，例如193纳米光刻技术所需光源，纳米微加工技术，原子、离子的激光冷却技术，以及各种现代化仪器所需的深紫外激光源等。因此科学家们把200纳米形容为一堵“墙”，如何突破这一堵墙，就成为国际激光领域的一个热门课题。

在这种背景下，我国科学家介入了这一重要研究领域，开始了多年的探索。“现在世界上所有的非线性光学晶体材料都是国外发现的，我们总是跟着国外走，这样是不行的，我们一定要有自己的晶体。一定要有自己的创新”，卢嘉锡院士当年的这段话一直激励着中科院理化技术研究所的陈创天院士。

他带领研究小组在发现硼酸盐系列非线性光学晶体的基础上，运用分子设计工程学方法，在1991年发现了KBBF晶体，1996年正式证实此晶体可实现深紫外相干光输出，当时的最短波长达到了184.7纳米，并预言此晶体可实现激光的6倍频177.3纳米谐波光输出。这在国际上是首次使用非线性光学晶体的简单倍频方法，实现了深紫外激光输出，也就是开创了全固态深紫外激光源的时代。

在此基础上，陈创天带领研究团队于2005年又陆续发现了RBBF、CBBF等非线性光学晶体，从而完整地发现了KBBF族非线性光学系列晶体。但是，他们又遇到了新的难题。尽管KBBF晶体的深紫外倍频性能非常优异，但它的结晶习性非常独特，例如层状习性非常严重，要培育出实用化的大单晶非常困难。为此，科学家们历经10年艰难攻关，在错综复杂的四元相图体系中找到了合适的结晶相区，发明了局域自发成核控制技术，解决了这一难题。

连创多个世界第一

KBBF晶体获得实用的另一个困难是晶体极易解理，很难对晶体进行任意切割和加工。陈创天研究组进一步和中科院物理所许祖彦院士研究组合作，发明了KBBF晶体的棱镜耦合技术，无需按照匹配角斜切割即可实现相位匹配，即可实现激光倍频输出。

这是目前KBBF晶体唯一实用化技术。这项技术及器件已经获得中、美、日三国发明专利授权，保证了中国KBBF族晶体及深紫外激光输出在全世界的领先地位。

使用KBBF晶体和棱镜耦合器件，我国科学家在全固态激光领域首次打破被科学界称为200纳米的壁垒，实现了多个国际首创：2002年首次实现了钛宝石激光的四倍频；2003年首次实现钕基激光六倍频（177.3纳米）；首次把钛宝石激光的波长扩展到深紫外光谱区，即232.5纳米—170纳米；实现瓦级193.5纳米平均激光功率输出……

以上这些成就，国内外无同类技术可比，达到的技术指标均处于国际领先地位。为此，KBBF非线性光学晶体获得了国际同行的高度评价。

自主创新链造就集群创新

深紫外固态激光技术突破，是我国新型科学仪器研发的难得机遇。为了发展我国自主科学仪器设备，在财政部专项资金的支持下，中国科学院暂时禁止相关技术国外出口，联合院内外相关技术力量，整合麾下科研资源，建立了超过百人的研究集群，设立了总投资1.8亿元的深紫外固态激光源前沿装备研制项目。

这一项目自2008年启动实施以来，财政部和中科院在项目组织管理体制和运行管理体制方面进行了大量有益的探索和创新，设计出从“材料—器件—装备—科学研究—产业化”完整的自主创新链。在立项方面，发挥中科院多学科优势和建制化的组织优势，加强了顶层设计和统筹规划，大力推动产学研用的有机结合；在预算方面，取消以课题为单元的预算分配模式，采取按项目整体需求分年度配置资源的方式，强化了内部预算的完整性；在经费使用方面，实行项目单位统一支配、统一监管，加强了项目资源的内部统筹能力；在组织实施方面，汇集和调动国内外多家科研院所和企业的优势力量，打破学科、院所界限，统筹协调各类技术资源，协调攻关。在内部管理机制上，推行了研究所法人责任制和项目监理制，强化项目的优势集成和过程管理。

经过3年多的努力，项目进展顺利，已完成当初确定的任务目标。目前，已研制成功8台前沿装备，包括深紫外激光光化学反应仪、深紫外激光光致发光光谱仪、深紫外激光自旋分辨角分辨光电子能谱仪、深紫外激光原位时空分辨隧道电子谱仪、基于飞行时间能量分析器的深紫外激光角分辨光电子能谱仪等国际领先水平的仪器设备，另外1台光子能量可调深紫外激光光电子能谱仪研制工作也已基本完成，正在调试之中。目前，多台仪器设备已初步用于前沿科学研究，并表现出优异的性能。

《人民日报》（ 2011年11月04日   16 版）　记者赵亚辉

原文：http://paper.people.com.cn/rmrb/html/2011-11/04/nw.D110000renmrb_20111104_1-16.htm