深紫外固態(tài)激光源系列前沿裝備項(xiàng)目日前通過(guò)驗(yàn)收，這標(biāo)志著我國(guó)成為世界上唯一能夠制造實(shí)用化深紫外全固態(tài)激光器的國(guó)家。這個(gè)由中國(guó)科學(xué)院承擔(dān)的國(guó)家重大科研裝備研制項(xiàng)目是如何完成的？新研發(fā)出來(lái)的這些裝備又能承擔(dān)什么樣的科研任務(wù)？請(qǐng)看本報(bào)記者發(fā)回的報(bào)道。

　　從源頭開(kāi)始的創(chuàng)新

　　深紫外固態(tài)激光源系列前沿裝備項(xiàng)目的成果很多，包括深紫外非線性光學(xué)晶體與器件平臺(tái)、深紫外全固態(tài)激光源平臺(tái)，以及基于這兩個(gè)平臺(tái)研制的8臺(tái)新型深紫外激光科研裝備。項(xiàng)目首席科學(xué)家陳創(chuàng)天、許祖彥都認(rèn)為，深紫外項(xiàng)目的研制成功，得益于從源頭開(kāi)始的創(chuàng)新。

　　從2008年3月在財(cái)政部專項(xiàng)資金的支持下設(shè)立這個(gè)項(xiàng)目，到今年9月通過(guò)驗(yàn)收，只有短短5年多時(shí)間。然而，如果從源頭創(chuàng)新開(kāi)始計(jì)算，已經(jīng)過(guò)去數(shù)十年的光陰。

　　上世紀(jì)90年代初，中科院院士陳創(chuàng)天的研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)10余年努力，在國(guó)際上首先生長(zhǎng)出大尺寸氟硼鈹酸鉀（KBBF）晶體。

　　“長(zhǎng)期以來(lái)，深紫外波段缺乏實(shí)用化、精密化激光源，制約了科研裝備和前沿研究的發(fā)展。而KBBF晶體是目前唯一可直接倍頻產(chǎn)生深紫外激光的非線性光學(xué)晶體。”深紫外項(xiàng)目工程總體部總經(jīng)理、中科院理化所研究員詹文山說(shuō)。

　　之后，陳創(chuàng)天與激光技術(shù)專家、中國(guó)工程院院士許祖彥合作，開(kāi)始摸索如何將KBBF制成激光源。

　　“KBBF晶體是層狀結(jié)構(gòu)，難以切割，而要做到深紫外倍頻又必須切割。”許祖彥說(shuō)，由于晶體特殊，又非常薄，他們一開(kāi)始失敗了很多次，都沒(méi)能做出可以產(chǎn)生200納米內(nèi)深紫外激光的激光源器件。“后來(lái)我們把晶體用棱鏡夾起來(lái)，采用分子接觸的光膠技術(shù)，終于解決了這個(gè)難題。”

　　這個(gè)關(guān)鍵的使用器件——KBBF晶體棱鏡耦合裝置發(fā)明成功后，在國(guó)際上首次將全固態(tài)激光波長(zhǎng)縮短至177.3納米，獲得中、美、日專利，使我國(guó)成為世界上唯一能夠研制實(shí)用化、精密化深紫外全固態(tài)激光光源（DUV－DPL）的國(guó)家。

　　作為光電子能譜儀的“心臟”，DUV-DPL相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的CPU。它效率高，體積小，以它為核心的系列裝備，是目前空間、時(shí)間及能量分辨率最高的桌面分析儀器，在物理、化學(xué)、材料、信息、生命、環(huán)保、地質(zhì)等學(xué)科領(lǐng)域均有重大應(yīng)用價(jià)值。

　　由用戶訂制的裝備

　　深紫外項(xiàng)目有一個(gè)很有趣的特點(diǎn)——在項(xiàng)目通過(guò)驗(yàn)收之前，研究者們通過(guò)8臺(tái)成品儀器，已經(jīng)在石墨烯、高溫超導(dǎo)、拓?fù)浣^緣體、寬禁帶半導(dǎo)體和催化劑等的研究中做出不少重要成果。這是因?yàn)樵陧?xiàng)目推進(jìn)過(guò)程中，儀器制備與用戶需求結(jié)合緊密。　“晶體、激光器、科研儀器，一環(huán)配一環(huán)，這是一條創(chuàng)新鏈。”項(xiàng)目伊始，許祖彥花了一年多時(shí)間，跑了二三十個(gè)實(shí)驗(yàn)室，推介DUV－DPL，同時(shí)了解科研人員的需求。“我的工作相當(dāng)于排球二傳手，要跟上游討論晶體該長(zhǎng)成什么樣，要向下游詢問(wèn)他們需要什么樣的激光。”

　　在與上下游的對(duì)接中，KBBF晶體及光接觸棱鏡耦合器件（PCT）研制取得重大突破：獲得了KBBF晶體厚度最大達(dá)3毫米的PCT器件；在國(guó)際上利用單片KBBF晶體首次實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)展到深紫外的170至232納米寬調(diào)諧飛秒激光輸出；研制出41件KBBF-PCT器件。

　　晶體按用戶需求生長(zhǎng)，激光器按用戶需求制備，儀器則更進(jìn)一步，直接由用戶制備。

　　中科院物理所研究員周興江就領(lǐng)導(dǎo)了8臺(tái)儀器中自旋分辨角分辨光電子能譜儀、飛行時(shí)間角分辨光電子能譜儀、角分辨光電子能譜儀這3臺(tái)深紫外激光儀器的制作，同時(shí)利用這些儀器開(kāi)展了對(duì)鐵基超導(dǎo)、拓?fù)浣^緣體等前沿課題的研究，并因此獲得了2013年度華人物理學(xué)會(huì)亞洲成就獎(jiǎng)。

　　“三臺(tái)儀器都是我們自己根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求設(shè)計(jì)并組裝，信號(hào)強(qiáng)、分辨率高。例如深紫外自旋分辨角分辨光電子能譜儀就將對(duì)電子能量的測(cè)量精度從過(guò)去的70-100mev大幅度提升到2.5mev。”周興江說(shuō)，“我們正在申請(qǐng)專利。”

　　四個(gè)研究所、八個(gè)研究組、七十多位科技人員，用五年時(shí)間，花費(fèi)1.8億元，在國(guó)際上首次研制成功8類8臺(tái)實(shí)用化、精密化的深紫外全固態(tài)激光光源儀器，性能指標(biāo)均達(dá)到計(jì)劃任務(wù)書(shū)的要求，其中輸出功率及其穩(wěn)定性關(guān)鍵指標(biāo)還超過(guò)了計(jì)劃任務(wù)書(shū)的要求。

　　自主創(chuàng)新鏈的樣本

　　深紫外項(xiàng)目不僅在科研上取得世界領(lǐng)先的成績(jī)，在項(xiàng)目管理和產(chǎn)業(yè)化中也積累了諸多有益經(jīng)驗(yàn)。

　　“我們?cè)O(shè)置了‘工程監(jiān)理’，這是我國(guó)科研項(xiàng)目中首次使用‘工程監(jiān)理’制度。”工程總體部總經(jīng)理詹文山介紹，項(xiàng)目在組織和運(yùn)行管理體制方面進(jìn)行了大量探索和創(chuàng)新，體制上的創(chuàng)新也給技術(shù)上的創(chuàng)新帶來(lái)更好的保障。

　　例如，深紫外項(xiàng)目采取變更管理模式，項(xiàng)目設(shè)立之初制定的技術(shù)目標(biāo)，根據(jù)國(guó)際相關(guān)技術(shù)進(jìn)步，可以在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中適時(shí)加以調(diào)整，以確保裝備研制的國(guó)際領(lǐng)先水平。“項(xiàng)目計(jì)劃研制7臺(tái)儀器，后來(lái)改為8臺(tái)儀器，這是因?yàn)轫?xiàng)目開(kāi)始一段時(shí)間后，國(guó)際上出現(xiàn)了時(shí)間飛行能量分析器的新技術(shù)，我們據(jù)此增加了一臺(tái)飛行時(shí)間能量分析深紫外激光光電子能譜儀。此外，深紫外光致發(fā)光譜儀的激光源，也由皮秒變更為飛秒光源，大幅度提升了儀器的時(shí)間分辨能力。”詹文山說(shuō)。中科院院長(zhǎng)白春禮高度評(píng)價(jià)這個(gè)項(xiàng)目：“項(xiàng)目的順利實(shí)施，打造了‘晶體—光源—裝備—科研—產(chǎn)業(yè)化’自主創(chuàng)新鏈，涵蓋了從原創(chuàng)科學(xué)思想的提出到應(yīng)用成果的實(shí)現(xiàn)這一完整的科學(xué)價(jià)值鏈，為學(xué)科交叉面廣、跨度大、探索性和工程性很強(qiáng)的原創(chuàng)性重大科研裝備創(chuàng)新積累了經(jīng)驗(yàn)，也為中科院各業(yè)務(wù)管理單元合理分工、深度融合、協(xié)力創(chuàng)新提供了典型樣本。”

　　在一期任務(wù)順利完成的基礎(chǔ)上，去年中科院理化所聯(lián)合北京中科科儀等單位，在科技部支持下啟動(dòng)了深紫外儀器設(shè)備產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)工作，逐步將研制成功的深紫外儀器設(shè)備推向市場(chǎng)。目前2毫米以下的KBBF晶體已可小批量生產(chǎn)，滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求。8臺(tái)科研儀器中，深紫外激光光發(fā)射電子顯微鏡（PEEM）正在逐步進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化嘗試。

　　“未來(lái)走產(chǎn)業(yè)化道路，要賣(mài)成品儀器，不能賣(mài)激光源器件。”周興江說(shuō)，“前者的利潤(rùn)比后者高得多。”

　　“我們還將研制更多的深紫外波段儀器。”許祖彥表示，項(xiàng)目二期將從物理、化學(xué)、材料拓展到信息、資環(huán)、生命等領(lǐng)域，再研制6臺(tái)國(guó)際領(lǐng)先水平的深紫外激光儀器設(shè)備。