你看過如血的紅寶石，也看過湛藍的藍寶石，還看過晶瑩的綠寶石，那麽(me) 有沒有看過鈦寶石呢？

今天，就跟著大院er一起聽上海光機所為(wei) 我們(men) 解讀鈦寶石背後的科學奧秘。

寶石，華麗(li) 而不失優(you) 雅，是襯托女性之美的絕佳裝飾。但是，鈦寶石，它不僅(jin) 有著美麗(li) 的外表，還蘊藏著非同一般的內(nei) 涵。

鈦寶石戒指（圖片來源：作者提供）

國之重器——“不可替代”的鈦寶石晶體(ti)

激光脈衝(chong) 峰值功率達到拍瓦（10¹⁵ W）、脈衝(chong) 寬度達到數十飛秒（10^-15 s）級的超強超短激光，是目前人類已知的最亮光源，能夠創造出前所未有的綜合性極端物理條件，是國際科技競爭(zheng) 重大前沿領域之一。

（圖片來源：作者提供）

鈦寶石激光晶體(ti) 是產(chan) 生拍瓦級高功率脈衝(chong) 激光的核心關(guan) 鍵材料之一，它在大國重器——上海超強超短激光實驗裝置（SULF）中扮演著“充電寶”的角色——將激光能量逐步提高放大。鈦寶石晶體(ti) 口徑越大，吸收的能量越多，激光輸出的功率也就越高。

晶體(ti) 生長——“千錘百煉”的鈦寶石晶體(ti)

鈦寶石與(yu) 天然礦物寶石大有不同，它無法在自然界開采，隻能在實驗室中通過模擬天然寶石形成的環境進行人工製備，稱為(wei) “晶體(ti) 生長”。

中科院上海光機所自主研製了國內(nei) 首台熱交換法晶體(ti) 生長設備，並利用該設備基於(yu) 熱交換法的原理進行大尺寸鈦寶石晶體(ti) 生長。

（圖片來源：作者提供）

在爐膛坩堝容器中放入晶種和原料，加熱使原料熔化。通過坩堝外底部豎置的耐高溫熱交換杆通入製冷氣體(ti) ——氦氣。流動的氦氣與(yu) 坩堝中熔體(ti) 形成熱量的交換，於(yu) 是熔體(ti) 從(cong) 底部開始結晶。通過增加氦氣的流量，逐漸實現熔體(ti) 從(cong) 底部到頂部的完全結晶，最終形成鈦寶石晶體(ti) 毛坯。毛坯經過切割、磨拋等加工工序便可獲得不同尺寸的鈦寶石晶體(ti) 元件。

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鈦寶石晶體(ti) 尺寸每增加一點，晶體(ti) 生長的難度就會(hui) 增加許多，如何避免晶體(ti) 毛坯開裂是大尺寸鈦寶石晶體(ti) 生長的關(guan) 鍵技術難題之一。

中科院上海光機所鈦寶石激光晶體(ti) 研發團隊經過曆時四年的反複試驗，最終完善了晶體(ti) 生長的工藝技術，實現關(guan) 鍵參數的實時監測與(yu) 調控，攻克了大尺寸晶體(ti) 生長開裂等關(guan) 鍵技術難題，掌握了大尺寸鈦寶石晶體(ti) 生長的全部工藝技術，成功製備出目前國際上最大的鈦寶石激光晶體(ti) 元件，直徑235mm，高度72mm，並應用於(yu) 國家大科學裝置---上海超強超短激光實驗裝置（SULF），在國際上率先實現峰值功率達10.3拍瓦的激光放大輸出。

（圖片來源：作者提供）

此外，鈦寶石晶體(ti) 還可在光波長連續調諧的激光器中發揮作用。璀璨奪目的它還能夠製作成為(wei) 珠寶、首飾，為(wei) 我們(men) 的生活增光添彩！