深紫外固態激光源係列前沿裝備項目日前通過驗收，這標誌著我國成為(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。這個(ge) 由中國科學院承擔的國家重大科研裝備研製項目是如何完成的？新研發出來的這些裝備又能承擔什麽(me) 樣的科研任務？

　　從(cong) 源頭開始的創新

　　深紫外固態激光源係列前沿裝備項目的成果很多，包括深紫外非線性光學晶體(ti) 與(yu) 器件平台、深紫外全固態激光源平台，以及基於(yu) 這兩(liang) 個(ge) 平台研製的8台新型深紫外激光科研裝備。項目首席科學家陳創天、許祖彥都認為(wei) ，深紫外項目的研製成功，得益於(yu) 從(cong) 源頭開始的創新。

　　從(cong) 2008年3月在財政部專(zhuan) 項資金的支持下設立這個(ge) 項目，到今年9月通過驗收，隻有短短5年多時間。然而，如果從(cong) 源頭創新開始計算，已經過去數十年的光陰。

　　上世紀90年代初，中科院院士陳創天的研究團隊經過10餘(yu) 年努力，在國際上首先生長出大尺寸氟硼鈹酸鉀(KBBF)晶體(ti) 。

　　“長期以來，深紫外波段缺乏實用化、精密化激光源，製約了科研裝備和前沿研究的發展。而KBBF晶體(ti) 是目前唯一可直接倍頻產(chan) 生深紫外激光的非線性光學晶體(ti) 。”深紫外項目工程總體(ti) 部總經理、中科院理化所研究員詹文山說。

　　之後，陳創天與(yu) 激光技術專(zhuan) 家、中國工程院院士許祖彥合作，開始摸索如何將KBBF製成激光源。

　　“KBBF晶體(ti) 是層狀結構，難以切割，而要做到深紫外倍頻又必須切割。”許祖彥說，由於(yu) 晶體(ti) 特殊，又非常薄，他們(men) 一開始失敗了很多次，都沒能做出可以產(chan) 生200納米內(nei) 深紫外激光的激光源器件。“後來我們(men) 把晶體(ti) 用棱鏡夾起來，采用分子接觸的光膠技術，終於(yu) 解決(jue) 了這個(ge) 難題。”

　　這個(ge) 關(guan) 鍵的使用器件——KBBF晶體(ti) 棱鏡耦合裝置發明成功後，在國際上首次將全固態激光波長縮短至177.3納米，獲得中、美、日專(zhuan) 利，使我國成為(wei) 世界上唯一能夠研製實用化、精密化深紫外全固態激光光源(DUV-DPL)的國家。

　　作為(wei) 光電子能譜儀(yi) 的“心髒”，DUV-DPL相當於(yu) 計算機的CPU。它效率高，體(ti) 積小，以它為(wei) 核心的係列裝備，是目前空間、時間及能量分辨率最高的桌麵分析儀(yi) 器，在物理、化學、材料、信息、生命、環保、地質等學科領域均有重大應用價(jia) 值。　由用戶訂製的裝備

　　深紫外項目有一個(ge) 很有趣的特點——在項目通過驗收之前，研究者們(men) 通過8台成品儀(yi) 器，已經在石墨烯、高溫超導、拓撲絕緣體(ti) 、寬禁帶半導體(ti) 和催化劑等的研究中做出不少重要成果。這是因為(wei) 在項目推進過程中，儀(yi) 器製備與(yu) 用戶需求結合緊密。

　　“晶體(ti) 、激光器、科研儀(yi) 器，一環配一環，這是一條創新鏈。”項目伊始，許祖彥花了一年多時間，跑了二三十個(ge) 實驗室，推介DUV-DPL，同時了解科研人員的需求。“我的工作相當於(yu) 排球二傳(chuan) 手，要跟上遊討論晶體(ti) 該長成什麽(me) 樣，要向下遊詢問他們(men) 需要什麽(me) 樣的激光。”

　　在與(yu) 上下遊的對接中，KBBF晶體(ti) 及光接觸棱鏡耦合器件(PCT)研製取得重大突破：獲得了KBBF晶體(ti) 厚度最大達3毫米的PCT器件；在國際上利用單片KBBF晶體(ti) 首次實現了擴展到深紫外的170至232納米寬調諧飛秒激光輸出；研製出41件KBBF-PCT器件。

　　晶體(ti) 按用戶需求生長，激光器按用戶需求製備，儀(yi) 器則更進一步，直接由用戶製備。

　　中科院物理所研究員周興(xing) 江就領導了8台儀(yi) 器中自旋分辨角分辨光電子能譜儀(yi) 、飛行時間角分辨光電子能譜儀(yi) 、角分辨光電子能譜儀(yi) 這3台深紫外激光儀(yi) 器的製作，同時利用這些儀(yi) 器開展了對鐵基超導、拓撲絕緣體(ti) 等前沿課題的研究，並因此獲得了2013年度華人物理學會(hui) 亞(ya) 洲成就獎。

　　“三台儀(yi) 器都是我們(men) 自己根據實驗需求設計並組裝，信號強、分辨率高。例如深紫外自旋分辨角分辨光電子能譜儀(yi) 就將對電子能量的測量精度從(cong) 過去的70-100mev大幅度提升到2.5mev。”周興(xing) 江說，“我們(men) 正在申請專(zhuan) 利。”

　　四個(ge) 研究所、八個(ge) 研究組、七十多位科技人員，用五年時間，花費1.8億(yi) 元，在國際上首次研製成功8類8台實用化、精密化的深紫外全固態激光光源儀(yi) 器，性能指標均達到計劃任務書(shu) 的要求，其中輸出功率及其穩定性關(guan) 鍵指標還超過了計劃任務書(shu) 的要求。自主創新鏈的樣本

　　深紫外項目不僅(jin) 在科研上取得世界領先的成績，在項目管理和產(chan) 業(ye) 化中也積累了諸多有益經驗。

　　“我們(men) 設置了‘工程監理’，這是我國科研項目中首次使用‘工程監理’製度。”工程總體(ti) 部總經理詹文山介紹，項目在組織和運行管理體(ti) 製方麵進行了大量探索和創新，體(ti) 製上的創新也給技術上的創新帶來更好的保障。

　　例如，深紫外項目采取變更管理模式，項目設立之初製定的技術目標，根據國際相關(guan) 技術進步，可以在項目實施過程中適時加以調整，以確保裝備研製的國際領先水平。“項目計劃研製7台儀(yi) 器，後來改為(wei) 8台儀(yi) 器，這是因為(wei) 項目開始一段時間後，國際上出現了時間飛行能量分析器的新技術，我們(men) 據此增加了一台飛行時間能量分析深紫外激光光電子能譜儀(yi) 。此外，深紫外光致發光譜儀(yi) 的激光源，也由皮秒變更為(wei) 飛秒光源，大幅度提升了儀(yi) 器的時間分辨能力。”詹文山說。

　　中科院院長白春禮高度評價(jia) 這個(ge) 項目：“項目的順利實施，打造了‘晶體(ti) —光源—裝備—科研—產(chan) 業(ye) 化’自主創新鏈，涵蓋了從(cong) 原創科學思想的提出到應用成果的實現這一完整的科學價(jia) 值鏈，為(wei) 學科交叉麵廣、跨度大、探索性和工程性很強的原創性重大科研裝備創新積累了經驗，也為(wei) 中科院各業(ye) 務管理單元合理分工、深度融合、協力創新提供了典型樣本。”

　　在一期任務順利完成的基礎上，去年中科院理化所聯合北京中科科儀(yi) 等單位，在科技部支持下啟動了深紫外儀(yi) 器設備產(chan) 業(ye) 化開發工作，逐步將研製成功的深紫外儀(yi) 器設備推向市場。目前2毫米以下的KBBF晶體(ti) 已可小批量生產(chan) ，滿足國內(nei) 市場需求。8台科研儀(yi) 器中，深紫外激光光發射電子顯微鏡(PEEM)正在逐步進行產(chan) 業(ye) 化嚐試。

　　“未來走產(chan) 業(ye) 化道路，要賣成品儀(yi) 器，不能賣激光源器件。”周興(xing) 江說，“前者的利潤比後者高得多。”

　　“我們(men) 還將研製更多的深紫外波段儀(yi) 器。”許祖彥表示，項目二期將從(cong) 物理、化學、材料拓展到信息、資環、生命等領域，再研製6台國際領先水平的深紫外激光儀(yi) 器設備。