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。在不遠的未來，中國科學院理化技術研究所的產(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晶體與器件平臺和深紫外全固態(tài)激光源平臺的。
正是這兩個平臺以及在其基礎上研制出的8臺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用化深紫外全固態(tài)激光器的國家，在國際深紫外領域的科學研究中無可置疑地站在領先位置。
更為重要的是，這些基于深紫外激光技術的尖端科研儀器將被中國物理、化學、材料、信息、生命和資源環(huán)境等六大領域的科學家們所應用，助力中國科學研究的進一步發(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：“因為這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。深紫外技術與裝備的發(fā)展在物理、化學、材料、信息、生命和資源環(huán)境等多學科領域均有重大應用價值。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，則突破了實用化和精密化的瓶頸，成為科學家們探尋神秘世界的有力武器。
如今，已經(jīng)研制成功的8臺新型深紫外激光科研裝備已經(jīng)在相關學科的研究中發(fā)揮著重要的作用。
8臺設備之一的深紫外激光拉曼光譜儀，已被應用于催化科學、光電材料以及生物科學領域的研究工作之中，用于解決這些領域中的關鍵問題。
另外一臺設備深紫外激光光發(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，并使用磁場對電子路徑的控制，利用光電倍增管成像大大提高表面成像的分辨率，并能夠對各種圖像的物理、化學內涵進行解釋。
科學發(fā)展史表明，現(xiàn)代科學技術的進步越來越依靠科學儀器的創(chuàng)新和發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，迄今為止至少有三分之一的諾貝爾物理獎和化學獎授予了那些在測試儀器和試驗方法方面有重要創(chuàng)新的科學家。
但目前，中國科學家手中的尖端科研儀器卻基本上依賴進口，這對科學研究的進一步發(fā)展造成了阻礙。在此時，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，無疑具有重大價值和意義。
對發(fā)達國家說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收的“深紫外固態(tài)激光源前沿裝備研制項目”，中國科學院院士許祖彥感慨萬千。
自20世紀90年代初起，中國科學院就開始研究深紫外非線性光學晶體和激光技術。當時，大陸還沒有相關的實驗裝置，許祖彥和陳創(chuàng)天不得不借用香港科技大學的實驗室，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晶體。
“晶體是核心基礎。”陳創(chuàng)天表示，在此基礎上，中科院的科研人員發(fā)明了棱鏡耦合專利技術，率先發(fā)展出直接倍頻產(chǎn)生深紫外激光的先進技術。
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用化、精密化深紫外固態(tài)激光源的國家，在尖端科學儀器上有了對發(fā)達國家說NO的底氣。
“這是我們的殺手锏。外國來要，我們不給。”該項目總體部經(jīng)理、理化所研究員詹文山堅定地說，“我們希望把這些科學儀器科研成果的第一桶金留在國內。”
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，一臺在日本，也是與中國合作的，另一臺在中科院物理研究所。美國斯坦福大學、布魯克海文國家實驗室等很多國際重要實驗室，都希望利用這一光源來建設、更新他們的光電子能譜儀。但是為了推動中國自主知識產(chǎn)權的裝備研究，中科院決定KBBF晶體的棱鏡耦合器件暫時不對美國出售，以保護中國先進儀器設備的研制。
一條自主創(chuàng)新鏈
對于項目的科研人員來說，研發(fā)出國際領先的科研技術并不意味著任務的結束。他們的目標是最終完成“晶體－光源－裝備－科研－產(chǎn)業(yè)化”的完整自主創(chuàng)新鏈。
目前，相關項目中8臺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，在項目立項之初，參與人員就對相關科研儀器的產(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，所以在項目實施過程中，合作企業(yè)北京中科科儀股份有限公司很早就參與進來，項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任。
“科研單位做產(chǎn)業(yè)化推廣不具備企業(yè)的優(yōu)勢，而且在實際的產(chǎn)業(yè)化過程中一些技術也需要改進，這需要在工廠來做，實驗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，項目人員還非常注重知識產(chǎn)權問題。從一開始，項目工程總體部就與中國科學院以及參與項目的各個研究所簽訂了知識產(chǎn)權的協(xié)議，為產(chǎn)業(yè)化的進一步推進提供保障。
如今，搭建起來的深紫外非線性晶體和器件研制平臺每年能實現(xiàn)30至50個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。
同時，已進入產(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)激光源設備也面臨著市場范圍有限的問題，“設備需求主要集中在科研單位，而且儀器的價格動輒要幾百萬、上千萬，一年下來需求也就是幾臺”。
而且，科學儀器的產(chǎn)業(yè)化不可能是簡單的復制。“這不是電視機。”詹文山開玩笑說，“我們得根據(jù)不同的需求來做”。
除了市場較小之外，王曉洋認為深紫外科研儀器的產(chǎn)業(yè)化對于國內的企業(yè)來說也堪稱考驗，“當前我國的高端科學儀器都是從國外進口的，國內基本上沒有這樣的技術。”但從另一方面來說，也為國內企業(yè)尖端科研儀器的生產(chǎn)提供了契機，“讓國內企業(yè)的技術更加完善一些”。■