“中國(guó)晶體珍寶”
——KBBF晶體

曾經(jīng)有一個(gè)年代——那是二十世紀(jì)八九十年代，

曾經(jīng)有一批大師——他們?yōu)橹袊?guó)晶體事業(yè)鞠躬盡瘁，

曾經(jīng)有一批晶體——在國(guó)際上被譽(yù)為“中國(guó)牌”晶體，

值《人工晶體學(xué)報(bào)》創(chuàng)刊50周年之際，

謹(jǐn)以“中國(guó)牌”晶體系列封面向大師們致敬！

——題記

2009年，Nature雜志對(duì)中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所陳創(chuàng)天院士進(jìn)行了專訪，并以“藏匿的中國(guó)晶體珍寶”為題，對(duì)陳院士率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的深紫外非線性光學(xué)晶體進(jìn)行了報(bào)道，稱“這是一塊完美的晶體，它可以使整個(gè)領(lǐng)域向前發(fā)展……，其他國(guó)家在晶體生長(zhǎng)方面的研究目前看來還無法縮小與中國(guó)的差距”。該晶體就是氟硼鈹酸鉀，簡(jiǎn)稱KBBF，被譽(yù)為第三塊“中國(guó)牌”晶體。它可以直接倍頻產(chǎn)生波長(zhǎng)小于200 nm的深紫外激光，是迄今為止唯一實(shí)用化的深紫外非線性光學(xué)晶體，打破了國(guó)際激光界長(zhǎng)期以來保持的200 nm壁壘，為人類探索物質(zhì)世界提供了有力工具，在基礎(chǔ)科學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)以及精密加工等高技術(shù)領(lǐng)域具有十分誘人的應(yīng)用前景。

KBBF晶體的研究和發(fā)現(xiàn)可追溯至二十世紀(jì)八九十年代，那是中國(guó)晶體發(fā)展的輝煌時(shí)代，也是成果累出的時(shí)代。八十年代后期，在偏硼酸鋇(BBO)晶體和三硼酸鋰(LBO)晶體實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后，為解決這兩種晶體不能實(shí)現(xiàn)深紫外倍頻光輸出的缺點(diǎn)，陳創(chuàng)天院士(當(dāng)時(shí)在中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所工作)并沒有停止探索的步伐，他運(yùn)用“陰離子基團(tuán)理論”預(yù)測(cè)無機(jī)化合物數(shù)據(jù)庫(kù)中的KBBF是一種優(yōu)秀的深紫外非線性光學(xué)晶體，從此將非線性光學(xué)晶體的研究推向深紫外波段。1996年，陳創(chuàng)天院士和許祖彥院士(當(dāng)時(shí)在中國(guó)科學(xué)院物理研究所工作)開創(chuàng)性地用水作匹配液，在5 mm×5 mm×0.2 mm的KBBF薄片晶體上貼石英棱鏡，在香港科技大學(xué)的可調(diào)諧激光器上通過倍頻方式首次實(shí)現(xiàn)了深紫外激光輸出，實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該晶體為深紫外非線性光學(xué)晶體。

然而，KBBF晶體獨(dú)特的層狀生長(zhǎng)習(xí)性使其在Z方向不易長(zhǎng)厚，難以獲得實(shí)際應(yīng)用。為此，陳創(chuàng)天院士聯(lián)合山東大學(xué)蔣民華院士團(tuán)隊(duì)進(jìn)行晶體生長(zhǎng)技術(shù)攻關(guān)，終于取得突破，生長(zhǎng)出厚度達(dá)到2 mm的KBBF單晶；此后又與許祖彥院士團(tuán)隊(duì)合作發(fā)明了KBBF棱鏡耦合器件及技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了釹離子激光六倍頻177.3 nm的輸出。

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，在中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所的支持下，幾經(jīng)不懈努力，陳創(chuàng)天院士團(tuán)隊(duì)發(fā)展了“局域自發(fā)成核技術(shù)”，成功克服了大尺寸KBBF晶體生長(zhǎng)難關(guān)，晶體厚度達(dá)到3.8 mm，使得KBBF晶體走向?qū)嵱没?，?shí)現(xiàn)了多種波長(zhǎng)的有效深紫外激光輸出。中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所憑借KBBF晶體及棱鏡耦合技術(shù)，使我國(guó)成為世界唯一能研制高精密、實(shí)用化深紫外全固態(tài)激光器的國(guó)家。他們牽頭成功研發(fā)了14種共計(jì)20余臺(tái)前沿科學(xué)儀器，并在其上取得了突出的科研成果，形成了“材料-器件-裝備-科研-產(chǎn)業(yè)化”的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)鏈。由于KBBF晶體在前沿科學(xué)和國(guó)家重大工程等領(lǐng)域有重要應(yīng)用，我國(guó)對(duì)KBBF晶體及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行出口管制。

從性能預(yù)測(cè)，到晶體生長(zhǎng)技術(shù)突破，再到開發(fā)實(shí)用化的棱鏡耦合器件并成功應(yīng)用于光電子能譜儀等先進(jìn)科學(xué)儀器，深紫外非線性光學(xué)晶體KBBF的研究歷經(jīng)30余年，傾注了中國(guó)數(shù)代科技工作者的心血，是我國(guó)科技界引以為豪的杰出成就，也是中國(guó)晶體科學(xué)家為世界科技發(fā)展做出的又一杰出貢獻(xiàn)。隨著KBBF晶體逐步產(chǎn)業(yè)化，未來將在先進(jìn)科學(xué)儀器制造、半導(dǎo)體光刻等諸多領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。