美國APC公司發(fā)表研制成功KBBF晶體聲明

    2016年2月早些時候，美國APC（先進光學(xué)晶體）公司網(wǎng)站發(fā)布聲明，宣布該公司與克萊門森大學(xué)合作，用15年的時間終于研制出氟代硼鈹酸鉀晶體（KBBF），這種激光晶體能夠用于制造深紫外激光器。聲明中說，2009年中國開始禁止向國外提供這種具有戰(zhàn)略意義的晶體。該公司聲明稱，他們制造的晶體可以與中國制造的晶體相媲美，在部分關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域超過中國同類材料。聲明中表示，這種晶體將提高美國探測國防威脅的能力，同時也將為科學(xué)研究和測量技術(shù)提供新的能力，這種材料被認為是“游戲規(guī)則改變者”。

    不過，中國在這個領(lǐng)域并沒有坐等美國的趕超。據(jù)中科院網(wǎng)站報道，2015年8月，中國福建物構(gòu)所發(fā)現(xiàn)新型無鈹深紫外非線性光學(xué)晶體材料LSBO。報道稱，新發(fā)現(xiàn)的LSBO晶體有望成為下一代深紫外非線性光學(xué)晶體的優(yōu)秀候選材料。

    2009年美國《自然》雜志文章《中國藏起了這種晶體》報道中國禁運KBBF晶體

    美國APC公司網(wǎng)站上發(fā)表的聲明稱：KBBF是一種非線性光學(xué)晶體材料，它能夠?qū)⒓す廪D(zhuǎn)化為史無前例的176納米波長（深紫外）激光，從而可以制造出深紫外固體激光器。中國花費了15年時間和數(shù)以百萬計的美元才研制出世界上第一塊KBBF晶體，這是由中國科學(xué)院陳創(chuàng)天院士領(lǐng)導(dǎo)的研究組（1990年發(fā)現(xiàn)）制造出來的，中國最初向全世界的研究者開放提供KBBF晶體。然而，到了2009年，中國意識到這種晶體的戰(zhàn)略意義，隨即停止對外出口。美國APC公司（聯(lián)邦國有企業(yè)）與克萊門森大學(xué)合作從當時開始研制這種晶體，到今日APC公司成為了美國國內(nèi)唯一生產(chǎn)這種戰(zhàn)略性材料的企業(yè)。APC公司的KBBF晶體現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)過了測試和評估，并展示出了可與中國制造的同類產(chǎn)品相媲美的性能，并且在部分領(lǐng)域有所超越，這將大幅度降低這種材料的成本。

    KBBF在高功率狀態(tài)下紫外線性能比上一代BBO晶體性能好兩倍，并能夠用于制造超高速激光掃描設(shè)備，這將大大提高美國國防和國土安全威脅探測能力，對美國科學(xué)研究和精密測量能力的提高而言，KBBF具有“規(guī)則改變者”的意義。目前APC公司還在繼續(xù)進行這種產(chǎn)品的開發(fā)。

    據(jù)國內(nèi)相關(guān)資料，我國最早在1990年發(fā)現(xiàn)KBBF晶體，這種晶體是我國科技工作者首先提出并研制成功，在紫外線波段性能全面優(yōu)于當時已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的任何材料。它的研制成功在國外引起巨大反響。

    1990年時中國用這種材料實現(xiàn)了低至204.8納米相位匹配的二次諧波的發(fā)生。2013年9月9日，中科院網(wǎng)站公布，我國深紫外固態(tài)激光源系列前沿裝備日前通過驗收，我國成為世界上唯一能夠制造實用化深紫外全固態(tài)激光器的國家。

    報道提到，上世紀90年代初，在發(fā)現(xiàn)硼酸鹽系列非線性光學(xué)晶體后，中科院院士陳創(chuàng)天的研究團隊經(jīng)過十余年的努力，在國際上首先生長出大尺寸KBBF晶體。

    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，是在非線性光學(xué)晶體研究領(lǐng)域中，繼硼酸鋇、三硼酸鋰晶體后的第三個“中國產(chǎn)”非線性光學(xué)晶體。

    關(guān)于KBBF晶體基礎(chǔ)上制造的深紫外波段激光的應(yīng)用，文章提到，如今，這8臺科學(xué)儀器已經(jīng)在石墨烯、高溫超導(dǎo)、拓撲絕緣體、寬禁帶半導(dǎo)體和催化劑等研究中獲得了重要結(jié)果。

    以深紫外激光光發(fā)射電子顯微鏡（PEEM）為例，目前國際上最先進的光發(fā)射電子顯微鏡空間分辨率最高為20nm，而采用全固態(tài)激光器后能提高到3.9nm。中科院大連化物所利用這臺儀器開展了石墨烯/Ru（0001）表面插層反應(yīng)原位觀測，為石墨烯等光電子材料發(fā)展和應(yīng)用提供了強有力的研究手段。

    美國《自然》雜志文章刊登陳創(chuàng)天院士和他的KBBF晶體，文章中提到，美國曾試圖重金聘請陳院士到美國，被拒絕。

    美國在KBBF晶體制造技術(shù)方面的追趕是從2009年開始的，當時美國《自然》雜志刊登文章稱，中國開始禁運KBBF晶體，將對美國相關(guān)領(lǐng)域的研究產(chǎn)生嚴重影響，呼吁開始研制美國自己的KBBF晶體。

    據(jù)查詢，正是從2009年開始，美國政府開始直接對APC公司的KBBF項目撥款，項目啟動資金約15萬美元，此后又在2011年追加50萬美元，完成了項目相關(guān)預(yù)研。此后進入正式的研制開發(fā)階段，迄今項目耗資“數(shù)百萬美元”。

    KBBF是制造1兆瓦脈沖激光器的理想材料，美國YAL-1激光反導(dǎo)試驗飛機的發(fā)射功率就是1兆瓦。不過，深紫外波段激光在大氣層內(nèi)沒有實用意義，很容易被大氣吸收。

    資料顯示，美國在70-80年代研究太空激光武器的時候曾研究深紫外波段的激光（176納米波長）攔截來襲洲際導(dǎo)彈的可行性。

    2015年8月，中國科學(xué)院網(wǎng)站上刊登文章《福建物構(gòu)所發(fā)現(xiàn)新型無鈹深紫外非線性光學(xué)晶體材料》，披露了一些中國在激光晶體研制方面的新成果。文章提到：深紫外激光由于波長短、能進行更高精度加工的優(yōu)點，在半導(dǎo)體光刻、激光光電子能譜儀和激光切割上具有重要的應(yīng)用。目前，KBe2BO3F2（KBBF）是唯一能實際輸出深紫外激光的非線性光學(xué)（NLO）晶體，但是，KBBF含劇毒鈹元素且其晶體層狀生長習(xí)性嚴重，因此，急需探索新型深紫外NLO晶體材料。福建物構(gòu)所中科院光電材料化學(xué)與物理重點實驗室羅軍華課題組在國家自然科學(xué)優(yōu)秀青年基金和趙三根副研究員主持的海西研究院“春苗”人才專項等項目資助下，基于元素周期表的對角線規(guī)則，利用Al3+取代有毒的Be2+，設(shè)計合成了一種新型無鈹深紫外NLO材料Rb3Al3B3O10F（RABF）。

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責任編輯：王元

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