在距離北京38公裏外的河北廊坊科技穀,一片新園區正在拔地而起。在不遠的未來,中國科學院理化技術研究所的產(chan) 業(ye) 基地將在此“安家”。
在這片廣闊的新園區中,有約7500平方米的空間是屬於(yu) 深紫外非線性光學晶體(ti) 與(yu) 器件平台和深紫外全固態激光源平台的。
正是這兩(liang) 個(ge) 平台以及在其基礎上研製出的8台新型深紫外激光科研裝備,使中國成為(wei) 世界上唯一能夠製造實用化深紫外全固態激光器的國家,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(wei) 重要的是,這些基於(yu) 深紫外激光技術的尖端科研儀(yi) 器將被中國物理、化學、材料、信息、生命和資源環境等六大領域的科學家們(men) 所應用,助力中國科學研究的進一步發展。
給力的“深紫外”
為(wei) 何深紫外激光尖端科研裝備能夠發揮如此重要的作用?
中國工程院院士許祖彥的回答一語中的:“因為(wei) 這些裝備能夠讓我們(men) 將世界看得更清晰。”
在大自然中,可以被人眼感知的可見光隻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(men) 看不見的那部分光的世界蘊藏著豐(feng) 富的信息。
在電磁波譜中,還有一部分波長短於(yu) 200納米的光波,被稱為(wei) 深紫外波段。深紫外技術與(yu) 裝備的發展在物理、化學、材料、信息、生命和資源環境等多學科領域均有重大應用價(jia) 值。比如,在自然界中的很多材料,隻能在深紫外波段才能吸收光子,隻有被打入深紫外光,這些材料的性能和特征才能顯現出來。
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。而深紫外固態激光源的研製成功,則突破了實用化和精密化的瓶頸,成為(wei) 科學家們(men) 探尋神秘世界的有力武器。
如今,已經研製成功的8台新型深紫外激光科研裝備已經在相關(guan) 學科的研究中發揮著重要的作用。
8台設備之一的深紫外激光拉曼光譜儀(yi) ,已被應用於(yu) 催化科學、光電材料以及生物科學領域的研究工作之中,用於(yu) 解決(jue) 這些領域中的關(guan) 鍵問題。
另外一台設備深紫外激光光發射電子顯微鏡,也可以通過使用177.3納米的激光源激發固態表麵電子,並使用磁場對電子路徑的控製,利用光電倍增管成像大大提高表麵成像的分辨率,並能夠對各種圖像的物理、化學內(nei) 涵進行解釋。
科學發展史表明,現代科學技術的進步越來越依靠科學儀(yi) 器的創新和發展。據統計,迄今為(wei) 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(yi) 器和試驗方法方麵有重要創新的科學家。
但目前,中國科學家手中的尖端科研儀(yi) 器卻基本上依賴進口,這對科學研究的進一步發展造成了阻礙。在此時,深紫外激光尖端科研儀(yi) 器的研製成功突破了中國高端科研儀(yi) 器缺乏的瓶頸,無疑具有重大價(jia) 值和意義(yi) 。
對發達國家說NO
“如今成果的取得經曆了長期而艱難的過程。”提到前不久剛剛通過驗收的“深紫外固態激光源前沿裝備研製項目”,中國科學院院士許祖彥感慨萬(wan) 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(ti) 和激光技術。當時,大陸還沒有相關(guan) 的實驗裝置,許祖彥和陳創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後半夜。
經過長期的努力,他們(men) 終於(yu) 在國際上首先生長出大尺寸氟硼鈹酸鉀(KBBF)晶體(ti) ,並發現該晶體(ti) 是第一種可用直接倍頻法產(chan) 生深紫外波段激光的非線性光學晶體(ti) 。
“晶體(ti) 是核心基礎。”陳創天表示,在此基礎上,中科院的科研人員發明了棱鏡耦合專(zhuan) 利技術,率先發展出直接倍頻產(chan) 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(zhuan) 利,中國成為(wei) 了世界上唯一能夠研製實用化、精密化深紫外固態激光源的國家,在尖端科學儀(yi) 器上有了對發達國家說NO的底氣。
“這是我們(men) 的殺手鐧。外國來要,我們(men) 不給。”該項目總體(ti) 部經理、理化所研究員詹文山堅定地說,“我們(men) 希望把這些科學儀(yi) 器科研成果的第一桶金留在國內(nei) 。”
據了解,目前深紫外激光超高分辨率光電子能譜儀(yi) 隻有兩(liang) 台,一台在日本,也是與(yu) 中國合作的,另一台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(men) 的光電子能譜儀(yi) 。但是為(wei) 了推動中國自主知識產(chan) 權的裝備研究,中科院決(jue) 定KBBF晶體(ti) 的棱鏡耦合器件暫時不對美國出售,以保護中國先進儀(yi) 器設備的研製。
一條自主創新鏈
對於(yu) 項目的科研人員來說,研發出國際領先的科研技術並不意味著任務的結束。他們(men) 的目標是最終完成“晶體(ti) -光源-裝備-科研-產(chan) 業(ye) 化”的完整自主創新鏈。
目前,相關(guan) 項目中8台科研儀(yi) 器之一的深紫外激光光發射電子顯微鏡(PEEM)已經開始了產(chan) 業(ye) 化嚐試。
其實,在項目立項之初,參與(yu) 人員就對相關(guan) 科研儀(yi) 器的產(chan) 業(ye) 化有所考慮,“並不是一錘子買(mai) 賣。”詹文山介紹道。
考慮到企業(ye) 在產(chan) 業(ye) 化中的重要作用,所以在項目實施過程中,合作企業(ye) 北京中科科儀(yi) 股份有限公司很早就參與(yu) 進來,項目工程總體(ti) 部的副總經理就由中科科儀(yi) 的副總裁李奇誌來擔任。
“科研單位做產(chan) 業(ye) 化推廣不具備企業(ye) 的優(you) 勢,而且在實際的產(chan) 業(ye) 化過程中一些技術也需要改進,這需要在工廠來做,實驗室並不具備這樣的條件。所以,如果真正要走產(chan) 業(ye) 化道路,就必須要有企業(ye) 來參與(yu) 。”理化所研究員王曉洋分析說。
為(wei) 了給最終的產(chan) 業(ye) 化做鋪墊,項目人員還非常注重知識產(chan) 權問題。從(cong) 一開始,項目工程總體(ti) 部就與(yu) 中國科學院以及參與(yu) 項目的各個(ge) 研究所簽訂了知識產(chan) 權的協議,為(wei) 產(chan) 業(ye) 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(ti) 和器件研製平台每年能實現30至50個(ge) 核心器件的小批量生產(chan) ,深紫外固態激光器研發平台也有能力生產(chan) 出不同需要的激光源。這為(wei) 深紫外科研儀(yi) 器的研製和商品化奠定了基礎。
同時,已進入產(chan) 業(ye) 化前期的儀(yi) 器PEEM已經接到了多家單位的訂單,其餘(yu) 幾台科研儀(yi) 器的產(chan) 業(ye) 化工作也正在醞釀。
“我們(men) 的自主創新鏈已經形成了,但還不完善。”詹文山說。與(yu) 其他尖端科研儀(yi) 器一樣,深紫外固態激光源設備也麵臨(lin) 著市場範圍有限的問題,“設備需求主要集中在科研單位,而且儀(yi) 器的價(jia) 格動輒要幾百萬(wan) 、上千萬(wan) ,一年下來需求也就是幾台”。
而且,科學儀(yi) 器的產(chan) 業(ye) 化不可能是簡單的複製。“這不是電視機。”詹文山開玩笑說,“我們(men) 得根據不同的需求來做”。
除了市場較小之外,王曉洋認為(wei) 深紫外科研儀(yi) 器的產(chan) 業(ye) 化對於(yu) 國內(nei) 的企業(ye) 來說也堪稱考驗,“當前我國的高端科學儀(yi) 器都是從(cong) 國外進口的,國內(nei) 基本上沒有這樣的技術。”但從(cong) 另一方麵來說,也為(wei) 國內(nei) 企業(ye) 尖端科研儀(yi) 器的生產(chan) 提供了契機,“讓國內(nei) 企業(ye) 的技術更加完善一些”。
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