2016年2月早些時候，美國APC（先進光學晶體）公司網(wǎng)站發(fā)布聲明，宣布該公司與克萊門森大學合作，研制出氟代硼鈹酸鉀晶體（KBBF），這種激光晶體能夠用于制造深紫外激光器。聲明中說，2009年中國開始禁止向國外提供這種具有戰(zhàn)略意義的晶體。該公司聲明稱，他們制造的晶體可以與中國制造的晶體相媲美，在部分關鍵技術領域超過中國同類材料。聲明中表示，這種晶體將提高美國探測國防威脅的能力，同時也將為科學研究和測量技術提供新的能力，這種材料被認為是“游戲規(guī)則改變者”。
不過，中國在這個領域并沒有坐等美國的趕超。據(jù)中科院網(wǎng)站報道，2015年8月，中國福建物構所發(fā)現(xiàn)新型無鈹深紫外非線性光學晶體材料LSBO。報道稱，新發(fā)現(xiàn)的LSBO晶體有望成為下一代深紫外非線性光學晶體的優(yōu)秀候選材料。
2009年美國《自然》雜志文章《中國藏起了這種晶體》報道中國禁運KBBF晶體
美國APC公司網(wǎng)站上發(fā)表的聲明稱：
KBBF是一種非線性光學晶體材料，它能夠將激光轉化為史無前例的176納米波長（深紫外）激光，從而可以制造出深紫外固體激光器。中國花費了15年時間和數(shù)以百萬計的美元才研制出世界上第一塊KBBF晶體，這是由中國科學院陳創(chuàng)天院士領導的研究組（1990年發(fā)現(xiàn)）制造出來的，中國最初向全世界的研究者開放提供KBBF晶體。然而，到了2009年，中國意識到這種晶體的戰(zhàn)略意義，隨即停止對外出口。美國APC公司（聯(lián)邦國有企業(yè)）與克萊門森大學合作從當時開始研制這種晶體，到今日APC公司成為了美國國內(nèi)唯一生產(chǎn)這種戰(zhàn)略性材料的企業(yè)。APC公司的KBBF晶體現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)過了測試和評估，并展示出了可與中國制造的同類產(chǎn)品相媲美的性能，并且在部分領域有所超越，這將大幅度降低這種材料的成本。
KBBF在高功率狀態(tài)下紫外線性能比上一代BBO晶體性能好兩倍，并能夠用于制造超高速激光掃描設備，這將大大提高美國國防和國土安全威脅探測能力，對美國科學研究和精密測量能力的提高而言，KBBF具有“規(guī)則改變者”的意義。目前APC公司還在繼續(xù)進行這種產(chǎn)品的開發(fā)。（APC公司聲明譯完）
據(jù)國內(nèi)相關資料，我國最早在1990年發(fā)現(xiàn)KBBF晶體，這種晶體是我國科技工作者首先提出并研制成功，在紫外線波段性能全面優(yōu)于當時已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的任何材料。它的研制成功在國外引起巨大反響。
1990年時中國用這種材料實現(xiàn)了低至204.8納米相位匹配的二次諧波的發(fā)生。它是用于短脈沖（<1納秒）、高功率（1兆瓦）激光器的很有希望的材料，在紅外、可見、紫外光區(qū)的激光倍頻、和頻及光參量振蕩器件中有廣泛的應用。
美國APC公司發(fā)表研制成功KBBF晶體聲明
2013年9月9日，中科院網(wǎng)站公布，我國深紫外固態(tài)激光源系列前沿裝備日前通過驗收，我國成為世界上唯一能夠制造實用化深紫外全固態(tài)激光器的國家。
報道提到，上世紀90年代初，在發(fā)現(xiàn)硼酸鹽系列非線性光學晶體后，中科院院士陳創(chuàng)天的研究團隊經(jīng)過十余年的努力，在國際上首先生長出大尺寸KBBF晶體。
KBBF晶體是目前唯一可直接倍頻產(chǎn)生深紫外激光的非線性光學晶體，是在非線性光學晶體研究領域中，繼硼酸鋇、三硼酸鋰晶體后的第三個“中國產(chǎn)”非線性光學晶體。
關于KBBF晶體基礎上制造的深紫外波段激光的應用，文章提到，如今，這8臺科學儀器已經(jīng)在石墨烯、高溫超導、拓撲絕緣體、寬禁帶半導體和催化劑等研究中獲得了重要結果。
以深紫外激光光發(fā)射電子顯微鏡(PEEM)為例，目前國際上最先進的光發(fā)射電子顯微鏡空間分辨率最高為20nm，而采用全固態(tài)激光器后能提高到3.9nm。中科院大連化物所利用這臺儀器開展了石墨烯/Ru(0001)表面插層反應原位觀測，為石墨烯等光電子材料發(fā)展和應用提供了強有力的研究手段。
以深紫外激光光發(fā)射電子顯微鏡(PEEM)為例，目前國際上最先進的光發(fā)射電子顯微鏡空間分辨率最高為20nm，而采用全固態(tài)激光器后能提高到3.9nm。中科院大連化物所利用這臺儀器開展了石墨烯/Ru(0001)表面插層反應原位觀測，為石墨烯等光電子材料發(fā)展和應用提供了強有力的研究手段。
詹文山透露，目前2mm以下的KBBF晶體已可小批量生產(chǎn)，滿足國內(nèi)市場需求。8臺科學儀器中，PEEM正在逐步進行產(chǎn)業(yè)化嘗試。
“晶體—光源—裝備—科研—產(chǎn)業(yè)化，深紫外固態(tài)激光源前沿裝備研制項目打造了一條自主創(chuàng)新鏈，涵蓋了從提出原創(chuàng)科學思想到實現(xiàn)應用成果這一完整的科學價值鏈，為學科交叉面廣、跨度大、探索性和工程性很強的原創(chuàng)性重大科研裝備創(chuàng)新積累了經(jīng)驗，也為中科院各業(yè)務管理單元合理分工、深度融合、協(xié)力創(chuàng)新提供了典型樣本。”白春禮評價道。
美國《自然》雜志文章刊登陳創(chuàng)天院士和他的KBBF晶體，文章中提到，美國曾試圖重金聘請陳院士到美國，被拒絕
“這僅僅是深紫外波段儀器應用的開始。”許祖彥透露，項目二期將從物理、化學、材料拓展到信息、資環(huán)、生命等領域，開展6臺國際領先水平的儀器設備研制工作，繼續(xù)推動深紫外技術的深度開發(fā)。
同時，在一期任務順利完成基礎上，去年中科院理化所聯(lián)合北京中科科儀等單位，在科技部支持下啟動了深紫外儀器設備產(chǎn)業(yè)化開發(fā)工作，逐步將研制成功的深紫外儀器設備推向市場。
美國在KBBF晶體制造技術方面的追趕是從2009年開始的，當時美國《自然》雜志刊登文章稱，中國開始禁運KBBF晶體，將對美國相關領域的研究產(chǎn)生嚴重影響，呼吁開始研制美國自己的KBBF晶體。
據(jù)查詢，正是從2009年開始，美國政府開始直接對APC公司的KBBF項目撥款，項目啟動資金約15萬美元，此后又在2011年追加50萬美元，完成了項目相關預研。此后進入正式的研制開發(fā)階段，迄今項目耗資“數(shù)百萬美元”（具體數(shù)字沒有查詢到）。
KBBF是制造1兆瓦脈沖激光器的理想材料，美國YAL-1激光反導試驗飛機的發(fā)射功率就是1兆瓦。不過，深紫外波段激光在大氣層內(nèi)沒有實用意義，很容易被大氣吸收
資料顯示，美國在70-80年代研究太空激光武器的時候曾研究深紫外波段的激光（176納米波長）攔截來襲洲際導彈的可行性
那么，美國的進步是否動搖了中國在這方面的領先地位呢？
2015年8月，中國科學院網(wǎng)站上刊登文章《福建物構所發(fā)現(xiàn)新型無鈹深紫外非線性光學晶體材料》，披露了一些中國在激光晶體研制方面的新成果。
文章提到：深紫外激光由于波長短、能進行更高精度加工的優(yōu)點，在半導體光刻、激光光電子能譜儀和激光切割上具有重要的應用。目前，KBe2BO3F2（KBBF）是唯一能實際輸出深紫外激光的非線性光學（NLO）晶體，但是，KBBF含劇毒鈹元素且其晶體層狀生長習性嚴重，因此，急需探索新型深紫外NLO晶體材料。
福建物構所中科院光電材料化學與物理重點實驗室羅軍華課題組在國家自然科學優(yōu)秀青年基金和趙三根副研究員主持的海西研究院“春苗”人才專項等項目資助下，基于元素周期表的對角線規(guī)則，利用Al3+取代有毒的Be2+，設計合成了一種新型無鈹深紫外NLO材料Rb3Al3B3O10F（RABF）。RABF繼承了KBBF晶體的結構優(yōu)點，其結構中[Al3(BO3)OF]∞平面層繼承了KBBF晶體中[BO3]3-非線性基元的高度取向一致排列方式，從而基本保留了KBBF良好的光學性能。實驗結果顯示，RABF的透過范圍達到了深紫外區(qū)；在1064 nm波長激光照射下，其粉末倍頻效應（1.2 × KDP）與KBBF相當，并且可以實現(xiàn)相位匹配。同時，RABF中[Al3(BO3)OF]∞平面層之間通過鍵合力強的Al-F和Al-O鍵緊密連接，計算表明其層間作用力比KBBF的（K-F離子鍵）提高了約一個數(shù)量級（≥ 9.5 × KBBF），從而使得RABF晶體極大地克服了KBBF的層狀生長習性。該課題組與中科院理化所林哲帥研究員合作，對其光學性質作了第一性原理理論計算，其結果與實驗數(shù)據(jù)相吻合。相關研究成果發(fā)表在了美國化學會志（J. Am. Chem. Soc.， 2015， 137， 2207-2210)上，并申請了中國發(fā)明專利。該研究結果將促進無鈹深紫外非線性光學晶體材料的發(fā)展。
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
