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【科学新闻】 深紫外的“神秘”世界

稿件来源： 发布时间：2013-11-05
　　在距离北京38公里外的河北廊坊科技谷，一片新园区正在拔地而起。在不远的未来，中国科学院理化技术研究所的产业基地将在此“安家”。
　　在这片广阔的新园区中，有约7500平方米的空间是属于深紫外非线性光学晶体与器件平台和深紫外全固态激光源平台的。
　　正是这两个平台以及在其基础上研制出的8台新型深紫外激光科研装备，使中国成为世界上唯一能够制造实用化深紫外全固态激光器的国家，在国际深紫外领域的科学研究中无可置疑地站在领先位置。 
　　更为重要的是，这些基于深紫外激光技术的尖端科研仪器将被中国物理、化学、材料、信息、生命和资源环境等六大领域的科学家们所应用，助力中国科学研究的进一步发展。
　　给力的“深紫外”
　　为何深紫外激光尖端科研装备能够发挥如此重要的作用？
　　中国工程院院士许祖彦的回答一语中的：“因为这些装备能够让我们将世界看得更清晰。”
　　在大自然中，可以被人眼感知的可见光只是电磁波谱中的一部分，波长约在400纳米至700纳米之间。而我们看不见的那部分光的世界蕴藏着丰富的信息。
　　在电磁波谱中，还有一部分波长短于200纳米的光波，被称为深紫外波段。深紫外技术与装备的发展在物理、化学、材料、信息、生命和资源环境等多学科领域均有重大应用价值。比如，在自然界中的很多材料，只能在深紫外波段才能吸收光子，只有被打入深紫外光，这些材料的性能和特征才能显现出来。
　　但是长期以来，深紫外科研装备缺乏实用化和精密化的光源。而深紫外固态激光源的研制成功，则突破了实用化和精密化的瓶颈，成为科学家们探寻神秘世界的有力武器。
　　如今，已经研制成功的8台新型深紫外激光科研装备已经在相关学科的研究中发挥着重要的作用。
　　8台设备之一的深紫外激光拉曼光谱仪，已被应用于催化科学、光电材料以及生物科学领域的研究工作之中，用于解决这些领域中的关键问题。 
　　另外一台设备深紫外激光光发射电子显微镜，也可以通过使用177.3纳米的激光源激发固态表面电子，并使用磁场对电子路径的控制，利用光电倍增管成像大大提高表面成像的分辨率，并能够对各种图像的物理、化学内涵进行解释。
　　科学发展史表明，现代科学技术的进步越来越依靠科学仪器的创新和发展。据统计，迄今为止至少有三分之一的诺贝尔物理奖和化学奖授予了那些在测试仪器和试验方法方面有重要创新的科学家。
　　但目前，中国科学家手中的尖端科研仪器却基本上依赖进口，这对科学研究的进一步发展造成了阻碍。在此时，深紫外激光尖端科研仪器的研制成功突破了中国高端科研仪器缺乏的瓶颈，无疑具有重大价值和意义。 
　　对发达国家说NO
　　“如今成果的取得经历了长期而艰难的过程。”提到前不久刚刚通过验收的“深紫外固态激光源前沿装备研制项目”，中国科学院院士许祖彦感慨万千。 
　　自20世纪90年代初起，中国科学院就开始研究深紫外非线性光学晶体和激光技术。当时，大陆还没有相关的实验装置，许祖彦和陈创天不得不借用香港科技大学的实验室，几乎每天都要工作到后半夜。
　　经过长期的努力，他们终于在国际上首先生长出大尺寸氟硼铍酸钾（KBBF）晶体，并发现该晶体是第一种可用直接倍频法产生深紫外波段激光的非线性光学晶体。
　　“晶体是核心基础。”陈创天表示，在此基础上，中科院的科研人员发明了棱镜耦合专利技术，率先发展出直接倍频产生深紫外激光的先进技术。 
　　令科研人员自豪的是，这种棱镜耦合器件获得了中、美、日专利，中国成为了世界上唯一能够研制实用化、精密化深紫外固态激光源的国家，在尖端科学仪器上有了对发达国家说NO的底气。
　　“这是我们的杀手锏。外国来要，我们不给。”该项目总体部经理、理化所研究员詹文山坚定地说，“我们希望把这些科学仪器科研成果的第一桶金留在国内。”
　　据了解，目前深紫外激光超高分辨率光电子能谱仪只有两台，一台在日本，也是与中国合作的，另一台在中科院物理研究所。美国斯坦福大学、布鲁克海文国家实验室等很多国际重要实验室，都希望利用这一光源来建设、更新他们的光电子能谱仪。但是为了推动中国自主知识产权的装备研究，中科院决定KBBF晶体的棱镜耦合器件暂时不对美国出售，以保护中国先进仪器设备的研制。
　　一条自主创新链
　　对于项目的科研人员来说，研发出国际领先的科研技术并不意味着任务的结束。他们的目标是最终完成“晶体－光源－装备－科研－产业化”的完整自主创新链。
　　目前，相关项目中8台科研仪器之一的深紫外激光光发射电子显微镜（PEEM）已经开始了产业化尝试。
　　其实，在项目立项之初，参与人员就对相关科研仪器的产业化有所考虑，“并不是一锤子买卖。”詹文山介绍道。 
　　考虑到企业在产业化中的重要作用，所以在项目实施过程中，合作企业北京中科科仪股份有限公司很早就参与进来，项目工程总体部的副总经理就由中科科仪的副总裁李奇志来担任。
　　“科研单位做产业化推广不具备企业的优势，而且在实际的产业化过程中一些技术也需要改进，这需要在工厂来做，实验室并不具备这样的条件。所以，如果真正要走产业化道路，就必须要有企业来参与。”理化所研究员王晓洋分析说。
　　为了给最终的产业化做铺垫，项目人员还非常注重知识产权问题。从一开始，项目工程总体部就与中国科学院以及参与项目的各个研究所签订了知识产权的协议，为产业化的进一步推进提供保障。
　　如今，搭建起来的深紫外非线性晶体和器件研制平台每年能实现30至50个核心器件的小批量生产，深紫外固态激光器研发平台也有能力生产出不同需要的激光源。这为深紫外科研仪器的研制和商品化奠定了基础。
　　同时，已进入产业化前期的仪器PEEM已经接到了多家单位的订单，其余几台科研仪器的产业化工作也正在酝酿。 
　　“我们的自主创新链已经形成了，但还不完善。”詹文山说。与其他尖端科研仪器一样，深紫外固态激光源设备也面临着市场范围有限的问题，“设备需求主要集中在科研单位，而且仪器的价格动辄要几百万、上千万，一年下来需求也就是几台”。
　　而且，科学仪器的产业化不可能是简单的复制。“这不是电视机。”詹文山开玩笑说，“我们得根据不同的需求来做”。 
　　除了市场较小之外，王晓洋认为深紫外科研仪器的产业化对于国内的企业来说也堪称考验，“当前我国的高端科学仪器都是从国外进口的，国内基本上没有这样的技术。”但从另一方面来说，也为国内企业尖端科研仪器的生产提供了契机，“让国内企业的技术更加完善一些”。
 
                                转自《科学新闻》  作者：张文静 
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