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深紫外全固态激光器;KBBF是一种非线性光学晶体材料

来源:www.tdtop.com时间:2019-12-18 16:17:02编辑:最记录:手机版

 

 

美国APC公司在今天对外宣布:我们终于突破了中国人的技术封锁,掌握了KBBF单晶制备工艺!这项技术是在1996年,由中国科学院理化所院士陈创天利用KBBF单晶体在国际上首次获得深紫外全固态激光。该激光对微纳加工、微观探测、物质检测、超导研究等有重要价值。由于国外在此领域没有获得实质性突破,2009年开始中国就此技术不在对国外进行技术交流和相关内容展示-将而言之技术封锁!
肯定有人觉得不靠谱!中国什么可能超越美国呢?还能对美国技术封锁?实际上这个问题要从深紫外激光本身特性来说明,深紫外激光的是不相干性最好的激光。我们都学过物理,物理中光是广波形式存在的,有波存在就有相互干涉的情况。而深紫外激光就是人造激光光源中难得好光源,有了这样的光源对于精密加工测量有着重大的意义,加工精度更高,测量范围更准。不过整套深紫外激光发生光学系统和我们常见的紫外激光也不一样,因为绝大多数材料对于深紫外是不透过的,以至于要制造这套设备,单台造价成本就要上千万美元。国外虽然曾经投入巨资研制同类系统,不过因为太过昂贵,而且已经量子的极限,所以只能放弃。而中国人的锲而不舍,终究把这个东西给做出来了。

深紫外全固态激光器用途解密:
KBBF是一种非线性光学晶体材料,它能够将激光转化为史无前例的176纳米波长(深紫外)激光,从而可以制造出深紫外固体激光器。中国花费了15年时间和数以百万计的美元才研制出世界上第一块KBBF晶体,这是由中国科学院陈创天院士领导的研究组(1990年发现)制造出来的,中国最初向全世界的研究者开放提供KBBF晶体。然而,到了2009年,中国意识到这种晶体的战略意义,随即停止对外出口。美国APC公司(联邦国有企业)与克莱门森大学合作从当时开始研制这种晶体,到今日APC公司成为了美国国内唯一生产这种战略性材料的企业。APC公司的KBBF晶体现在已经经过了测试和评估,并展示出了可与中国制造的同类产品相媲美的性能,并且在部分领域有所超越,这将大幅度降低这种材料的成本。
KBBF在高功率状态下紫外线性能比上一代BBO晶体性能好两倍,并能够用于制造超高速激光扫描设备,这将大大提高美国国防和国土安全威胁探测能力,对美国科学研究和精密测量能力的提高而言,KBBF具有“规则改变者”的意义。目前APC公司还在继续进行这种产品的开发。

(APC公司声明译完)
观察者网军事评论员表示,据国内相关资料,我国最早在1990年发现KBBF晶体,这种晶体是我国科技工作者首先提出并研制成功,在紫外线波段性能全面优于当时已经发现的任何材料。它的研制成功在国外引起巨大反响。
1990年时中国用这种材料实现了低至204.8纳米相位匹配的二次谐波的发生。它是用于短脉冲
2013年9月9日,中科院网站公布,我国深紫外固态激光源系列前沿装备日前通过验收,我国成为世界上唯一能够制造实用化深紫外全固态激光器的国家。
报道提到,上世纪90年代初,在发现硼酸盐系列非线性光学晶体后,中科院院士陈创天的研究团队经过十余年的努力,在国际上首先生长出大尺寸KBBF晶体。
KBBF晶体是目前唯一可直接倍频产生深紫外激光的非线性光学晶体,是在非线性光学晶体研究领域中,继硼酸钡、三硼酸锂晶体后的第三个“中国产”非线性光学晶体。
关于KBBF晶体基础上制造的深紫外波段激光的应用,文章提到,如今,这8台科学仪器已经在石墨烯、高温超导、拓扑绝缘体、宽禁带半导体和催化剂等研究中获得了重要结果。
以深紫外激光光发射电子显微镜(PEEM)为例,目前国际上最先进的光发射电子显微镜空间分辨率最高为20nm,而采用全固态激光器后能提高到3.9nm。中科院大连化物所利用这台仪器开展了石墨烯/Ru(0001)表面插层反应原位观测,为石墨烯等光电子材料发展和应用提供了强有力的研究手段。 

詹文山透露,目前2mm以下的KBBF晶体已可小批量生产,满足国内市场需求。8台科学仪器中,PEEM正在逐步进行产业化尝试。
“晶体—光源—装备—科研—产业化,深紫外固态激光源前沿装备研制项目打造了一条自主创新链,涵盖了从提出原创科学思想到实现应用成果这一完整的科学价值链,为学科交叉面广、跨度大、探索性和工程性很强的原创性重大科研装备创新积累了经验,也为中科院各业务管理单元合理分工、深度融合、协力创新提供了典型样本。”白春礼评价道。
美国《自然》杂志文章刊登陈创天院士和他的KBBF晶体,文章中提到,美国曾试图重金聘请陈院士到美国,被拒绝
“这仅仅是深紫外波段仪器应用的开始。”许祖彦透露,项目二期将从物理、化学、材料拓展到信息、资环、生命等领域,开展6台国际领先水平的仪器设备研制工作,继续推动深紫外技术的深度开发。
同时,在一期任务顺利完成基础上,去年中科院理化所联合北京中科科仪等单位,在科技部支持下启动了深紫外仪器设备产业化开发工作,逐步将研制成功的深紫外仪器设备推向市场。
美国在KBBF晶体制造技术方面的追赶是从2009年开始的,当时美国《自然》杂志刊登文章称,中国开始禁运KBBF晶体,将对美国相关领域的研究产生严重影响,呼吁开始研制美国自己的KBBF晶体。
据查询,正是从2009年开始,美国政府开始直接对APC公司的KBBF项目拨款,项目启动资金约15万美元,此后又在2011年追加50万美元,完成了项目相关预研。此后进入正式的研制开发阶段,迄今项目耗资“数百万美元”(具体数字没有查询到)。
KBBF是制造1兆瓦脉冲激光器的理想材料,美国YAL-1激光反导试验飞机的发射功率就是1兆瓦。不过,深紫外波段激光在大气层内没有实用意义,很容易被大气吸收
资料显示,美国在70-80年代研究太空激光武器的时候曾研究深紫外波段的激光(176纳米波长)拦截来袭洲际导弹的可行性。
陈创天院士简历:

陈创天(1937.2.18-),男,出生于浙江奉化斗门头,材料科学专家。现任中国科学院理化技术研究所研究员,第三世界科学院院士,中科院院士。
1962年毕业于北京大学物理系。1983年9月,陈创天首次向国外同行报告BBO晶体的非线性光学性能,引起国际激光界的关注。曾获第三世界科学院化学奖、国际晶体生长协会最高奖之一——Laudise奖等奖项。
陈创天主要从事新型非线性光学晶体的研究和发展。1976年提出了晶体非线性光学效应的阴离子基团理论,解释了各种主要类型非线性光学晶体的结构与性能相互关系,并对探索新型非线性光学晶体起到了一定的积极作用。
1978年,陈创天组织力量,对硼酸钡体系的相关系和晶体生长展开研究。 
1980年,陈创天的研究组确定了所发现的具有很强非线性光学效应的硼酸钡化合物是低温相偏硼酸钡,其化学分子式为β—BaB2O4,简称BBO。
1983年9月,陈创天首次向国外同行报告BBO晶体的非线性光学性能,引起国际激光界的关注。 
1987年,陈创天和他的研究团队发现并生长出第二块“中国牌”非线性光学晶体LBO。 
1990年,当选为第三世界科学院院士。
1998年,陈创天被调至中国科学院新成立的理化技术研究所,负责组建中国科学院北京人工晶体研究发展中心。 
2010年,陈创天到中国科学院上海硅酸盐研究所访问,并与科研人员就晶体材料的研究和发展的过去与将来方向进行了座谈。 
2002年,陈创天研究组研制出新型晶体器件———氟硼铍酸钾棱镜耦合装置。 
2003年,陈创天当选为中国科学院院士。 
2008年3月20日,中科院物理所召开新闻发布会宣布,陈创天研究组和中外合作者利用中国自主研制的国际上第一台真空紫外激光角分辨光电子能谱仪,在高温超导体中研究中取得了初步成果,观察到了一种新的电子耦合模式。 
2011年10月14日,陈创天与中国工程院院士吴以成,中国硅酸盐学会晶体生长与材料分会秘书长王继杨一行到中科院合肥物质科学研究院安光所调研,共同商讨2012年安光所承办第十六届全国晶体生长与材料学术会议(CCCG-16)的相关事宜。 
2013年8月14日,陈创天获得国际晶体生长协会最高奖之一——Laudise奖。这是中国科学家获得的首个国际晶体生长协会最高奖。 
2015年9月16日,陈创天捐款100万人民币,设立神经病学研究基金,用于资助神经内科学研究。

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