在距離北京38公里外的河北廊坊科技谷，一片新園區(qū)正在拔地而起。在不遠(yuǎn)的未來(lái)，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所的產(chǎn)業(yè)基地將在此“安家”。
在這片廣闊的新園區(qū)中，有約7500平方米的空間是屬于深紫外非線性光學(xué)晶體與器件平臺(tái)和深紫外全固態(tài)激光源平臺(tái)的。
正是這兩個(gè)平臺(tái)以及在其基礎(chǔ)上研制出的8臺(tái)新型深紫外激光科研裝備，使中國(guó)成為世界上唯一能夠制造實(shí)用化深紫外全固態(tài)激光器的國(guó)家，在國(guó)際深紫外領(lǐng)域的科學(xué)研究中無(wú)可置疑地站在領(lǐng)先位置。
更為重要的是，這些基于深紫外激光技術(shù)的尖端科研儀器將被中國(guó)物理、化學(xué)、材料、信息、生命和資源環(huán)境等六大領(lǐng)域的科學(xué)家們所應(yīng)用，助力中國(guó)科學(xué)研究的進(jìn)一步發(fā)展。
給力的“深紫外”
為何深紫外激光尖端科研裝備能夠發(fā)揮如此重要的作用？
中國(guó)工程院院士許祖彥的回答一語(yǔ)中的：“因?yàn)檫@些裝備能夠讓我們將世界看得更清晰。”
在大自然中，可以被人眼感知的可見(jiàn)光只是電磁波譜中的一部分，波長(zhǎng)約在400納米至700納米之間。而我們看不見(jiàn)的那部分光的世界蘊(yùn)藏著豐富的信息。
在電磁波譜中，還有一部分波長(zhǎng)短于200納米的光波，被稱為深紫外波段。深紫外技術(shù)與裝備的發(fā)展在物理、化學(xué)、材料、信息、生命和資源環(huán)境等多學(xué)科領(lǐng)域均有重大應(yīng)用價(jià)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，這些材料的性能和特征才能顯現(xiàn)出來(lái)。
但是長(zhǎng)期以來(lái)，深紫外科研裝備缺乏實(shí)用化和精密化的光源。而深紫外固態(tài)激光源的研制成功，則突破了實(shí)用化和精密化的瓶頸，成為科學(xué)家們探尋神秘世界的有力武器。
如今，已經(jīng)研制成功的8臺(tái)新型深紫外激光科研裝備已經(jīng)在相關(guān)學(xué)科的研究中發(fā)揮著重要的作用。
8臺(tái)設(shè)備之一的深紫外激光拉曼光譜儀，已被應(yīng)用于催化科學(xué)、光電材料以及生物科學(xué)領(lǐng)域的研究工作之中，用于解決這些領(lǐng)域中的關(guān)鍵問(wèn)題。
另外一臺(tái)設(shè)備深紫外激光光發(fā)射電子顯微鏡，也可以通過(guò)使用177.3納米的激光源激發(fā)固態(tài)表面電子，并使用磁場(chǎng)對(duì)電子路徑的控制，利用光電倍增管成像大大提高表面成像的分辨率，并能夠?qū)Ω鞣N圖像的物理、化學(xué)內(nèi)涵進(jìn)行解釋。
科學(xué)發(fā)展史表明，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步越來(lái)越依靠科學(xué)儀器的創(chuàng)新和發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，迄今為止至少有三分之一的諾貝爾物理獎(jiǎng)和化學(xué)獎(jiǎng)授予了那些在測(cè)試儀器和試驗(yàn)方法方面有重要?jiǎng)?chuàng)新的科學(xué)家。
但目前，中國(guó)科學(xué)家手中的尖端科研儀器卻基本上依賴進(jìn)口，這對(duì)科學(xué)研究的進(jìn)一步發(fā)展造成了阻礙。在此時(shí)，深紫外激光尖端科研儀器的研制成功突破了中國(guó)高端科研儀器缺乏的瓶頸，無(wú)疑具有重大價(jià)值和意義。
對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家說(shuō)NO
“如今成果的取得經(jīng)歷了長(zhǎng)期而艱難的過(guò)程。”提到前不久剛剛通過(guò)驗(yàn)收的“深紫外固態(tài)激光源前沿裝備研制項(xiàng)目”，中國(guó)科學(xué)院院士許祖彥感慨萬(wàn)千。
自20世紀(jì)90年代初起，中國(guó)科學(xué)院就開(kāi)始研究深紫外非線性光學(xué)晶體和激光技術(shù)。當(dāng)時(shí)，大陸還沒(méi)有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置，許祖彥和陳創(chuàng)天不得不借用香港科技大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室，幾乎每天都要工作到后半夜。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的努力，他們終于在國(guó)際上首先生長(zhǎng)出大尺寸氟硼鈹酸鉀（KBBF）晶體，并發(fā)現(xiàn)該晶體是第一種可用直接倍頻法產(chǎn)生深紫外波段激光的非線性光學(xué)晶體。
“晶體是核心基礎(chǔ)。”陳創(chuàng)天表示，在此基礎(chǔ)上，中科院的科研人員發(fā)明了棱鏡耦合專利技術(shù)，率先發(fā)展出直接倍頻產(chǎn)生深紫外激光的先進(jìn)技術(shù)。
令科研人員自豪的是，這種棱鏡耦合器件獲得了中、美、日專利，中國(guó)成為了世界上唯一能夠研制實(shí)用化、精密化深紫外固態(tài)激光源的國(guó)家，在尖端科學(xué)儀器上有了對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家說(shuō)NO的底氣。
“這是我們的殺手锏。外國(guó)來(lái)要，我們不給。”該項(xiàng)目總體部經(jīng)理、理化所研究員詹文山堅(jiān)定地說(shuō)，“我們希望把這些科學(xué)儀器科研成果的第一桶金留在國(guó)內(nèi)。”
據(jù)了解，目前深紫外激光超高分辨率光電子能譜儀只有兩臺(tái)，一臺(tái)在日本，也是與中國(guó)合作的，另一臺(tái)在中科院物理研究所。美國(guó)斯坦福大學(xué)、布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等很多國(guó)際重要實(shí)驗(yàn)室，都希望利用這一光源來(lái)建設(shè)、更新他們的光電子能譜儀。但是為了推動(dòng)中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的裝備研究，中科院決定KBBF晶體的棱鏡耦合器件暫時(shí)不對(duì)美國(guó)出售，以保護(hù)中國(guó)先進(jìn)儀器設(shè)備的研制。
一條自主創(chuàng)新鏈
對(duì)于項(xiàng)目的科研人員來(lái)說(shuō)，研發(fā)出國(guó)際領(lǐng)先的科研技術(shù)并不意味著任務(wù)的結(jié)束。他們的目標(biāo)是最終完成“晶體－光源－裝備－科研－產(chǎn)業(yè)化”的完整自主創(chuàng)新鏈。
目前，相關(guān)項(xiàng)目中8臺(tái)科研儀器之一的深紫外激光光發(fā)射電子顯微鏡（PEEM）已經(jīng)開(kāi)始了產(chǎn)業(yè)化嘗試。
其實(shí)，在項(xiàng)目立項(xiàng)之初，參與人員就對(duì)相關(guān)科研儀器的產(chǎn)業(yè)化有所考慮，“并不是一錘子買賣。”詹文山介紹道。
考慮到企業(yè)在產(chǎn)業(yè)化中的重要作用，所以在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，合作企業(yè)北京中科科儀股份有限公司很早就參與進(jìn)來(lái)，項(xiàng)目工程總體部的副總經(jīng)理就由中科科儀的副總裁李奇志來(lái)?yè)?dān)任。
“科研單位做產(chǎn)業(yè)化推廣不具備企業(yè)的優(yōu)勢(shì)，而且在實(shí)際的產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中一些技術(shù)也需要改進(jìn)，這需要在工廠來(lái)做，實(shí)驗(yàn)室并不具備這樣的條件。所以，如果真正要走產(chǎn)業(yè)化道路，就必須要有企業(yè)來(lái)參與。”理化所研究員王曉洋分析說(shuō)。
為了給最終的產(chǎn)業(yè)化做鋪墊，項(xiàng)目人員還非常注重知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題。從一開(kāi)始，項(xiàng)目工程總體部就與中國(guó)科學(xué)院以及參與項(xiàng)目的各個(gè)研究所簽訂了知識(shí)產(chǎn)權(quán)的協(xié)議，為產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)一步推進(jìn)提供保障。如今，搭建起來(lái)的深紫外非線性晶體和器件研制平臺(tái)每年能實(shí)現(xiàn)30至50個(gè)核心器件的小批量生產(chǎn)，深紫外固態(tài)激光器研發(fā)平臺(tái)也有能力生產(chǎn)出不同需要的激光源。這為深紫外科研儀器的研制和商品化奠定了基礎(chǔ)。
同時(shí)，已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化前期的儀器PEEM已經(jīng)接到了多家單位的訂單，其余幾臺(tái)科研儀器的產(chǎn)業(yè)化工作也正在醞釀。
“我們的自主創(chuàng)新鏈已經(jīng)形成了，但還不完善。”詹文山說(shuō)。與其他尖端科研儀器一樣，深紫外固態(tài)激光源設(shè)備也面臨著市場(chǎng)范圍有限的問(wèn)題，“設(shè)備需求主要集中在科研單位，而且儀器的價(jià)格動(dòng)輒要幾百萬(wàn)、上千萬(wàn)，一年下來(lái)需求也就是幾臺(tái)”。
而且，科學(xué)儀器的產(chǎn)業(yè)化不可能是簡(jiǎn)單的復(fù)制。“這不是電視機(jī)。”詹文山開(kāi)玩笑說(shuō)，“我們得根據(jù)不同的需求來(lái)做”。
除了市場(chǎng)較小之外，王曉洋認(rèn)為深紫外科研儀器的產(chǎn)業(yè)化對(duì)于國(guó)內(nèi)的企業(yè)來(lái)說(shuō)也堪稱考驗(yàn)，“當(dāng)前我國(guó)的高端科學(xué)儀器都是從國(guó)外進(jìn)口的，國(guó)內(nèi)基本上沒(méi)有這樣的技術(shù)。”但從另一方面來(lái)說(shuō)，也為國(guó)內(nèi)企業(yè)尖端科研儀器的生產(chǎn)提供了契機(jī)，“讓國(guó)內(nèi)企業(yè)的技術(shù)更加完善一些”。
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