激光技術的發展讓人類的視野不斷拓寬。但多少年來，波長小於(yu) 200nm的深紫外波段，一直是個(ge) 神秘又難以逾越的坎。

200nm上的這堵“牆”把人類擋在了外麵。由於(yu) 深紫外激光源的缺席，許多重要的科學研究隻得擱置。

但中科院的一群科學家不能接受這樣的現實。30年來，他們(men) 不但找到了深紫外光學材料和激光源，還研製出8台深紫外固態激光源裝備。自2008年啟動以來，“深紫外固態激光源前沿裝備研製項目”進展順利，多台儀(yi) 器已初步用於(yu) 前沿科學研究。

正如項目首席科學家、中國工程院院士許祖彥所說：“上帝沒有給我們(men) 一個(ge) 這麽(me) 好的光源，我們(men) 就要自己去找。”

突破200nm

上世紀90年代初，非線性光學晶體(ti) 接連將Nd：YAG激光波長從(cong) 近紅外拓展到可見光，甚至近紫外波長區。這帶給人們(men) 一種隱約的希望：如果能找到一種晶體(ti) ，使激光波長拓展到深紫外光譜區，人類將有望認識一個(ge) 前所未有的世界。

在這樣的背景下，中國科學家介入了這一課題。

“80年代我們(men) 獲得了第一批國家科研基金，15萬(wan) 元。”項目首席科學家、中科院院士陳創天告訴《科學時報》記者，雖然現在看來這筆錢並不多，但當時已是很了不起的事了。

在這筆經費的資助下，陳創天的研究如虎添翼。1991年，他在發現硼酸鹽係列非線性光學晶體(ti) 後，運用分子設計工程學方法發現了KBBF晶體(ti) 。5年後，他證實了此晶體(ti) 可實現深紫外相幹光輸出，最短波長達到184.7nm。

從(cong) 此，深紫外的時代開啟了。在此基礎上，陳創天研究組於(yu) 2005年陸續發現了RBBF、CBBF等非線性光學晶體(ti) ，從(cong) 而拿到了完整的KBBF族非線性光學係列晶體(ti) 。

許祖彥則形容自己的工作是“二傳(chuan) 手”。深紫外非線性光學晶體(ti) 問世後，如何將其研製成實用的精密化激光源，並配合後續的儀(yi) 器研製，是他麵臨(lin) 的最大難題。

但20多年前，中國大陸還沒有這方麵的實驗裝置，陳創天和許祖彥不得不跑到香港科技大學，借用了他們(men) 的實驗室。兩(liang) 個(ge) 人窩在實驗室裏，每天工作到深夜一兩(liang) 點，終於(yu) 搞出了KBBF晶體(ti) 棱鏡耦合裝置。目前，該裝置仍是該晶體(ti) 唯一的實用化技術。

之後兩(liang) 人密切配合，在國際上首次實現KBBF晶體(ti) 倍頻輸出深紫外激光，並最終發展出實用化的深紫外固態激光源。

2009年，英國《自然》雜誌發表評論文章稱，KBBF晶體(ti) “真是一塊完美的晶體(ti) ，它確實可促使某些領域向前發展”。

“看到圖像的那一刻，什麽(me) 都值了”

深紫外光源的問世盡管已經震驚世界，但對許祖彥來說，他的工作才隻做了一半。

“科技發展如此之快，為(wei) 保證我們(men) 的儀(yi) 器始終保持領先，科研人員必須不斷調整技術方案。”項目工程總體(ti) 部總經理、中科院理化所研究員詹文山說。為(wei) 此總體(ti) 部還設立了一個(ge) 工程監理部，這在國內(nei) 的科研項目中都很少見。

對這種經常要推翻重來的工作方式，許祖彥表示“很理解”。在3年多的時間裏，他的團隊滿足了儀(yi) 器研製人員變更技術方案的多項技術要求，解決(jue) 了光源與(yu) 8台儀(yi) 器對接的工程問題。

中科院大連化學物理研究所研究員傅強是“深紫外激光光發射電子顯微鏡（PEEM）”子項目的負責人。“PEEM就像一條美人魚，‘頭’是電子發射技術，‘尾’是電子顯微鏡技術。這種技術可對物質表麵結構、電子態、化學反應等進行原位、動態研究，在化學、物理、材料等領域有著重要應用。”

但是，現有的PEEM激發光源為(wei) 氣體(ti) 放電光源或者同步輻射光源，這些光源亮度較低，空間分辨能力一般隻能達到20～50nm，限製了PEEM的廣泛應用。

2007～2009年，傅強等人利用深紫外激光高能量、高光束流強度、相幹性等優(you) 點，研製出一套性能優(you) 越的深紫外激光PEEM係統。利用這台儀(yi) 器，大連化物所已在石墨烯原位生長、界麵限域化學反應等領域取得了一些初步成果。

“我們(men) 第一次做這種儀(yi) 器，中間遇到很多困難，有半年多的時間情緒也很低落。”傅強坦陳，“不過2009年夏天，我們(men) 第一次看到了顯微鏡成像圖，那一刻覺得什麽(me) 都值了。”

與(yu) 深紫外光電子發射顯微鏡類似，深紫外拉曼光譜儀(yi) 、深紫外激光光化學反應儀(yi) 、深紫外激光光致發光光譜儀(yi) 、深紫外激光自旋分辨角分辨光電子能譜儀(yi) 、深紫外激光原位時空分辨隧道電子譜儀(yi) 、基於(yu) 飛行時間能量分析器的深紫外激光角分辨光電子能譜儀(yi) 均達到國際領先水平。另一台光子能量可調深紫外激光光電子能譜儀(yi) 也基本研製完成，正在調試當中。

不過，對更多的中國科研工作者和社會(hui) 公眾(zhong) 來說，這個(ge) 總投資1.8億(yi) 元人民幣的項目，究竟有著怎樣的應用前景？

以“短”見長的深紫外

目前已有的深紫外光源一類是準分子激光器，另一類是同步輻射光源。準分子激光器脈寬寬，難以滿足激發態快速動力學過程的研究；而同步輻射光源雖具有較快的時間分辨，但裝置體(ti) 積巨大，科研人員隻能把實驗搬過去做，帶來許多不便。

深紫外固態激光源在時間、空間和能量分辨率上，都有著絕對優(you) 勢。“更重要的是，這些儀(yi) 器裝備將來有望小型化，甚至可以進行市場化推廣。”中科院院士李燦介紹。

李燦負責研製的深紫外拉曼光譜儀(yi) 就是一個(ge) 例子。目前這台儀(yi) 器已初步應用於(yu) 催化、材料、能源、生物、環境等領域。在水汙染檢測中，儀(yi) 器靈敏度達到了環境水汙染國際最低檢測限。“隻要一滴水就能檢測水汙染。”

詹文山透露，目前2mm以下的KBBF晶體(ti) 已可小批量生產(chan) ，滿足國內(nei) 市場需求。受國家工業(ye) 水平限製，8台儀(yi) 器還不能全部實現商業(ye) 化，但中科院已在考慮選取其中的1至2個(ge) ，逐步進行產(chan) 業(ye) 化的嚐試。

2006年，時任中科院院長路甬祥在中科院物理所考察時曾說：“如果沒有儀(yi) 器設備的自主創新，也很難有新的理論上的突破。一種新儀(yi) 器新裝備的誕生，往往是打開一個(ge) 新方向新領域的關(guan) 鍵橋梁。”

這句話，許祖彥一直記得，項目團隊的每一個(ge) 成員也記得：“這些年來，我們(men) 證明了‘材料—器件—裝備—科研—產(chan) 業(ye) ’的自主創新鏈是可行的，也證明了中科院此類研究性和工程性均很強的科研項目是可行的。”#p#分頁標題#e#