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，中國科學(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)激光器的國家，在國際深紫外領(lǐng)域的科學(xué)研究中無可置疑地站在領(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？
中國工程院院士許祖彥的回答一語中的：“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光只是電磁波譜中的一部分，波長約在400納米至700納米之間。而我們看不見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。
但是長期以來，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高端科研儀器缺乏的瓶頸，無疑具有重大價(jià)值和意義。
對(duì)發(fā)達(dá)國家說NO
“如今成果的取得經(jīng)歷了長期而艱難的過程。”提到前不久剛剛通過驗(yàn)收的“深紫外固態(tài)激光源前沿裝備研制項(xiàng)目”，中國科學(xué)院院士許祖彥感慨萬千。
自20世紀(jì)90年代初起，中國科學(xué)院就開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)過長期的努力，他們終于在國際上首先生長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)激光源的國家，在尖端科學(xué)儀器上有了對(duì)發(fā)達(dá)國家說NO的底氣。
“這是我們的殺手锏。外國來要，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，“我們希望把這些科學(xué)儀器科研成果的第一桶金留在國內(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，也是與中國合作的，另一臺(tái)在中科院物理研究所。美國斯坦福大學(xué)、布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室等很多國際重要實(shí)驗(yàn)室，都希望利用這一光源來建設(shè)、更新他們的光電子能譜儀。但是為了推動(dòng)中國自主知識(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)美國出售，以保護(hù)中國先進(jìn)儀器設(shè)備的研制。
一條自主創(chuàng)新鏈
對(duì)于項(xiàng)目的科研人員來說，研發(fā)出國際領(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，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擔(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)化過程中一些技術(shù)也需要改進(jìn)，這需要在工廠來做，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)來參與。”理化所研究員王曉洋分析說。
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)問題。從一開始，項(xiàng)目工程總體部就與中國科學(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。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、上千萬，一年下來需求也就是幾臺(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)。”詹文山開玩笑說，“我們得根據(jù)不同的需求來做”。
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)于國內(nèi)的企業(yè)來說也堪稱考驗(yàn)，“當(dāng)前我國的高端科學(xué)儀器都是從國外進(jìn)口的，國內(nèi)基本上沒有這樣的技術(shù)。”但從另一方面來說，也為國內(nèi)企業(yè)尖端科研儀器的生產(chǎn)提供了契機(jī)，“讓國內(nèi)企業(yè)的技術(shù)更加完善一些”。■