激光，是20世紀(jì)人類最重大的發(fā)明之一，而想要“精準(zhǔn)馴服”這一特殊光源，實(shí)現(xiàn)靈活的波長調(diào)控與轉(zhuǎn)換，非線性光學(xué)晶體便是其中的“核心基石”。
中國科學(xué)院今天（29日）介紹，我國科學(xué)家成功研制出最新款“中國牌”晶體——氟化硼酸銨（ABF）晶體，首次實(shí)現(xiàn)直接倍頻真空紫外激光158.9納米輸出，將在精密制造、前沿科研等領(lǐng)域發(fā)揮重要戰(zhàn)略作用，相關(guān)成果今天（29日）在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。
如果關(guān)注激光領(lǐng)域，KBBF這個(gè)名字或許大家并不陌生，這是我國科學(xué)家在20世紀(jì)90年代研發(fā)的“中國牌”晶體，相關(guān)性能領(lǐng)跑行業(yè)30余年無人超越。而科研團(tuán)隊(duì)介紹，最新研發(fā)的這種ABF晶體，可以做到在直接倍頻真空紫外激光輸出領(lǐng)域——輸出波長、納秒脈沖能量、轉(zhuǎn)換效率三方面全方位刷新世界紀(jì)錄。
高原之上再攀高峰，耗時(shí)近十年打磨的新款“中國牌”晶體，如何服務(wù)國計(jì)民生？
中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所所長 潘世烈：ABF晶體是中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所通過原始創(chuàng)新，研制出來的一個(gè)從材料設(shè)計(jì)理論創(chuàng)新到化合物合成、晶體生長、器件研制、激光輸出，具有完整自主知識產(chǎn)權(quán)的新材料。
說起這種名為ABF（也就是氟化硼酸銨）的真空紫外非線性光學(xué)晶體，中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所所長潘世烈滿是自豪。他說，這種新的晶體綜合性能優(yōu)異，是一種有重要應(yīng)用前景的真空紫外非線性光學(xué)晶體。
潘世烈：1995年，中國老一代科學(xué)家發(fā)明了KBBF晶體，在當(dāng)時(shí)是全球唯一激光輸出波長短于200納米的晶體，一直到現(xiàn)在31年過去了，隨著社會的發(fā)展，需要性能更加優(yōu)異的材料出現(xiàn)，但到該晶體發(fā)現(xiàn)之前仍然是空白。我們繼承老一代科學(xué)家的精神，突破關(guān)鍵核心技術(shù)，“十年磨一晶”，創(chuàng)制出今天的真空紫外非線性光學(xué)晶體ABF。
潘世烈介紹，ABF刷新了三項(xiàng)世界紀(jì)錄：
●在特定條件下，可以做到波長更短，直接倍頻輸出波長最短達(dá)到158.9納米；
●納秒脈沖能量最高，納秒177.3納米激光直接倍頻輸出能量高達(dá)4.8毫焦；
●轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)7.9%。
未來隨著晶體生長和加工工藝的進(jìn)一步優(yōu)化，這些性能還將繼續(xù)提升。
激光？晶體？這些學(xué)術(shù)名詞究竟是什么意思？
通俗來說，如果把激光器想象成“超級手電筒”，非線性光學(xué)晶體就是手電筒里的“核心魔法鏡片”，能把普通激光“變身”成特殊波長的超強(qiáng)光束。
潘世烈解釋，由于激光本質(zhì)上是“人為調(diào)控的受激輻射光放大”，那么非線性光學(xué)晶體便是讓激光實(shí)現(xiàn)靈活波長調(diào)控與轉(zhuǎn)換，推動(dòng)激光技術(shù)落地應(yīng)用的“核心基石”。
潘世烈：激光是全球高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、前沿科學(xué)研究等領(lǐng)域的推動(dòng)力和重要戰(zhàn)略支撐技術(shù)。波長短于200納米就叫真空紫外波段，它的光子能量高、光束質(zhì)量好，而全固態(tài)激光器又有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，對精密加工、前沿科學(xué)等領(lǐng)域具有重大意義。激光的核心是材料，發(fā)現(xiàn)性能更加優(yōu)異的材料這么難是因?yàn)橛嘘P(guān)鍵科學(xué)問題沒解決，其中最重要的三個(gè)要素——帶隙、倍頻系數(shù)、雙折射率難以平衡但又必須平衡，只有平衡之后，這個(gè)材料才具有優(yōu)異的性能。
20世紀(jì)60年代初，國外已發(fā)現(xiàn)多款非線性光學(xué)晶體材料。1976年，美國研制出KTP晶體，這是全球首款實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的非線性光學(xué)晶體，彼時(shí)晶體對中國實(shí)施禁運(yùn)。
由于缺乏核心技術(shù)、研發(fā)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)人才，中國老一代科學(xué)家自行組裝激光器、測試設(shè)備，在一窮二白中自己動(dòng)手創(chuàng)造科研條件，終于走出一條自主創(chuàng)新道路，先后研制成功LBO、BBO、KBBF等閃耀世界的“中國牌”晶體。2007年，中國也正式宣布停止對外提供KBBF晶體，打了一場漂亮的翻身仗。
潘世烈表示，科學(xué)的腳步不能停歇，高原之上再攀高峰，是這一代科學(xué)家對先輩艱苦奮斗成果的最好傳承。
潘世烈：我們從源頭出發(fā)，提出了氟化機(jī)制，在理論方面打造原始創(chuàng)新策源地。有了化合物，還要長出晶體，我們集團(tuán)隊(duì)之力攻克了晶體的生長技術(shù)和加工技術(shù)，從毫米級晶體長到厘米級，產(chǎn)出了國際上首個(gè)高效倍頻器件。
ABF晶體的研發(fā)取得突破性進(jìn)展，用優(yōu)異的生長性能和多項(xiàng)刷新紀(jì)錄的卓越屬性，為保持我國在該領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位作出積極貢獻(xiàn)。
性能如此卓越，這種晶體能在哪些方面發(fā)揮作用？
潘世烈表示，不管是服務(wù)于研究超導(dǎo)等領(lǐng)域的高端科研裝備，還是助力制造強(qiáng)國建設(shè)的精密加工裝備，抑或是為人類開拓原始創(chuàng)新領(lǐng)域，這種晶體都將作出重要貢獻(xiàn)。
潘世烈：下一步，我們要做出激光器，做出一系列原創(chuàng)裝備。有了前沿的、精密的裝備，才能做出原創(chuàng)的成果，才能實(shí)現(xiàn)最頂尖的原始創(chuàng)新。中國現(xiàn)在正從制造大國向制造強(qiáng)國邁進(jìn)，還有很多領(lǐng)域需要我們?nèi)ヒI(lǐng)需求、創(chuàng)造需求，而不是說西方國家有這個(gè)需求，我們就跟在后面跑。直接倍頻產(chǎn)生短至158.9納米的光源全球是沒有的，我們會利用這一核心材料和技術(shù)來創(chuàng)造新的需求，比如未來的空間通信有一批“無人區(qū)領(lǐng)域”，我們要基于器件、材料，引領(lǐng)國際未來的重大應(yīng)用。
從2016年首次合成ABF化合物，到如今使我國繼續(xù)屹立真空紫外光學(xué)晶體關(guān)鍵材料領(lǐng)域最前沿，潘世烈團(tuán)隊(duì)耗時(shí)近十年打磨新款“中國牌”晶體，正是我國科學(xué)家加快打造原始創(chuàng)新策源地、加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)、努力搶占科技制高點(diǎn)的生動(dòng)實(shí)踐。
中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所表示，科研團(tuán)隊(duì)將持續(xù)開展ABF晶體穩(wěn)定生長技術(shù)、器件加工工藝及激光光源應(yīng)用的研究，力爭實(shí)現(xiàn)更短波長、更高功率的全固態(tài)真空紫外光源創(chuàng)新，為我國精密制造、前沿科研裝備提供有力支撐。
◆編輯：吳玉珍◆二審：鄭沛鋒◆三審：周亞平
