刷新三项世界纪录！“中国牌”晶体再获重大突破

　　激光，是20世纪人类最重大的发明之一，而想要“精准驯服”这一特殊光源，实现灵活的波长调控与转换，非线性光学晶体便是其中的“核心基石”。

　　中国科学院今天（29日）介绍，我国科学家成功研制出最新款“中国牌”晶体——氟化硼酸铵（ABF）晶体，首次实现直接倍频真空紫外激光158.9纳米输出，将在精密制造、前沿科研等领域发挥重要战略作用，相关成果今天（29日）在国际学术期刊《自然》发表。

　　如果关注激光领域，KBBF这个名字或许大家并不陌生，这是我国科学家在20世纪90年代研发的“中国牌”晶体，相关性能领跑行业30余年无人超越。而科研团队介绍，最新研发的这种ABF晶体，可以做到在直接倍频真空紫外激光输出领域——输出波长、纳秒脉冲能量、转换效率三方面全方位刷新世界纪录。

　　高原之上再攀高峰，耗时近十年打磨的新款“中国牌”晶体，如何服务国计民生？

　　中国科学院新疆理化技术研究所所长 潘世烈：ABF晶体是中国科学院新疆理化技术研究所通过原始创新，研制出来的一个从材料设计理论创新到化合物合成、晶体生长、器件研制、激光输出，具有完整自主知识产权的新材料。

　　说起这种名为ABF（也就是氟化硼酸铵）的真空紫外非线性光学晶体，中国科学院新疆理化技术研究所所长潘世烈满是自豪。他说，这种新的晶体综合性能优异，是一种有重要应用前景的真空紫外非线性光学晶体。

　　潘世烈：1995年，中国老一代科学家发明了KBBF晶体，在当时是全球唯一激光输出波长短于200纳米的晶体，一直到现在31年过去了，随着社会的发展，需要性能更加优异的材料出现，但到该晶体发现之前仍然是空白。我们继承老一代科学家的精神，突破关键核心技术，“十年磨一晶”，创制出今天的真空紫外非线性光学晶体ABF。

　　潘世烈介绍，ABF刷新了三项世界纪录：

　　在特定条件下，可以做到波长更短，直接倍频输出波长最短达到158.9纳米；

　　纳秒脉冲能量最高，纳秒177.3纳米激光直接倍频输出能量高达4.8毫焦；

　　转换效率最高可达7.9%。

　　未来随着晶体生长和加工工艺的进一步优化，这些性能还将继续提升。

　　　　激光？晶体？这些学术名词究竟是什么意思？

　　通俗来说，如果把激光器想象成“超级手电筒”，非线性光学晶体就是手电筒里的“核心魔法镜片”，能把普通激光“变身”成特殊波长的超强光束。

　　潘世烈解释，由于激光本质上是“人为调控的受激辐射光放大”，那么非线性光学晶体便是让激光实现灵活波长调控与转换，推动激光技术落地应用的“核心基石”。

　　潘世烈：激光是全球高新技术产业、前沿科学研究等领域的推动力和重要战略支撑技术。波长短于200纳米就叫真空紫外波段，它的光子能量高、光束质量好，而全固态激光器又有结构紧凑、稳定性好等特点，对精密加工、前沿科学等领域具有重大意义。激光的核心是材料，发现性能更加优异的材料这么难是因为有关键科学问题没解决，其中最重要的三个要素——带隙、倍频系数、双折射率难以平衡但又必须平衡，只有平衡之后，这个材料才具有优异的性能。

　　20世纪60年代初，国外已发现多款非线性光学晶体材料。1976年，美国研制出KTP晶体，这是全球首款实现商业化应用的非线性光学晶体，彼时晶体对中国实施禁运。

　　由于缺乏核心技术、研发经验和专业人才，中国老一代科学家自行组装激光器、测试设备，在一穷二白中自己动手创造科研条件，终于走出一条自主创新道路，先后研制成功LBO、BBO、KBBF等闪耀世界的“中国牌”晶体。2007年，中国也正式宣布停止对外提供KBBF晶体，打了一场漂亮的翻身仗。

　　潘世烈表示，科学的脚步不能停歇，高原之上再攀高峰，是这一代科学家对先辈艰苦奋斗成果的最好传承。

　　潘世烈：我们从源头出发，提出了氟化机制，在理论方面打造原始创新策源地。有了化合物，还要长出晶体，我们集团队之力攻克了晶体的生长技术和加工技术，从毫米级晶体长到厘米级，产出了国际上首个高效倍频器件。

　　ABF晶体的研发取得突破性进展，用优异的生长性能和多项刷新纪录的卓越属性，为保持我国在该领域的国际领先地位作出积极贡献。

　　　　性能如此卓越，这种晶体能在哪些方面发挥作用？

　　潘世烈表示，不管是服务于研究超导等领域的高端科研装备，还是助力制造强国建设的精密加工装备，抑或是为人类开拓原始创新领域，这种晶体都将作出重要贡献。

　　潘世烈：下一步，我们要做出激光器，做出一系列原创装备。有了前沿的、精密的装备，才能做出原创的成果，才能实现最顶尖的原始创新。中国现在正从制造大国向制造强国迈进，还有很多领域需要我们去引领需求、创造需求，而不是说西方国家有这个需求，我们就跟在后面跑。直接倍频产生短至158.9纳米的光源全球是没有的，我们会利用这一核心材料和技术来创造新的需求，比如未来的空间通信有一批“无人区领域”，我们要基于器件、材料，引领国际未来的重大应用。

　　从2016年首次合成ABF化合物，到如今使我国继续屹立真空紫外光学晶体关键材料领域最前沿，潘世烈团队耗时近十年打磨新款“中国牌”晶体，正是我国科学家加快打造原始创新策源地、加快突破关键核心技术、努力抢占科技制高点的生动实践。

　　中国科学院新疆理化技术研究所表示，科研团队将持续开展ABF晶体稳定生长技术、器件加工工艺及激光光源应用的研究，力争实现更短波长、更高功率的全固态真空紫外光源创新，为我国精密制造、前沿科研装备提供有力支撑。

　　监制丨樊新征记者丨王泽华 朱敏图片丨中国科学院新疆理化技术研究所

责任编辑：张玉