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纪念陈创天院士:让中国牌晶体誉享全球 KBBF晶体领先美国15年

“中国牌晶体”走向世界

1974年,在卢嘉锡院士的带领下,物构所冒着风险在福州召开了全国晶体生长学术会议。在会上,参会者们提出现在世界上所有的非线性光学晶体材料都是国外发现的,国内科研总是跟着国外走。为了改变这一状况,必须自己创新,一定要有自己晶体。但限于当时国内的科研条件不佳,以及以往所有晶体材料都是贝尔实验室那样的国际顶尖的科研单位搞出来的,大家都有些信心不足。当时卢嘉锡教授说了一句话“我不下地狱,谁下地狱”。会后,物构所上下一心,决心要做就做自己的晶体材料。

1977年陈创天正式被卢嘉锡所长任命为非线性光学材料探索组组长,开始了系统的探索。1979年他们发现低温相偏硼酸钡,也就是β—BaB2O4(简称BBO),陈创天认为这可能是一个新的非线性光学晶体。在此基础上,又经过3年的钻研,终于确定BBO晶体是一个很有应用前景的紫外非线性光学晶体。

1986年5月,在旧金山召开的激光电光会议上,陈创天代表中科院福建物质结构研究所和斯坦福大学应用物理系作了有关BBO晶体非线性光学性能的报告,引起了轰动,一百多人参加的会议,却有四五十人来询问情况。这次会议后,BBO晶体正式被国际学术界认可为一个优秀的非线性光学晶体。两年后陈创天又报告发现了LBO(LiB3O5)晶体。由于BBO、LBO晶体是首先由中国科学家发现的,而且性能优异,具有很好的应用前景,因此国际上被誉为“中国牌晶体”。

1986年BBO晶体获中科院科技进步特等奖,LBO晶体获1990年中科院发明一等奖,1991年国家发明一等奖。BBO、LBO晶体还分别于1987、1989年获美国光电子产业界颁发的十大光电子产品奖。陈创天也先后获得1987年第三世界科学院化学奖和1990年Laser Focus World《激光集锦》杂志颁发的工业技术成就奖。目前,这两种晶体作为激光频率转换晶体材料已经在激光高科技产业中得到广泛的应用,是目前具有工业应用价值的三个非线性光学晶体中的两个。

福晶科技生产的 LBO 晶体

90年代后,陈创天开始将晶体技术进行产业化。由于BBO发表于1984年,但1985年我国才有了专利法,因此LBO才有专利,也是我国第一个有自主知识产权的非线性光学晶体。1988年,中国科学院福建物质结构研究所批准成立中科院福建晶体技术开发公司,这是国内第一家晶体公司,也是今天的福建福晶科技股份有限公司的前身。完成产业化之后,LBO晶体的销量曾一度超过全球市场份额的80%。

为了改善全国晶体材料研究布局,1999年北京人工晶体研究与发展中心成立,隶属中科院理化技术研究所。陈创天担任北京人工晶体研究发展中心主任。

领先国际 震撼世界

在BBO、LBO晶体实现产业化后,陈创天和他的研究团队并没有停止研究的步伐,他们针对这两种晶体不能实现深紫外(指波长短于200nm)倍频光输出的缺点,运用分子工程学方法,于1990年发现了KBBF(KBe2BO3F2)晶体。此晶体的发现弥补了BBO和LBO两种晶体不能实现深紫外倍频光输出的缺点,从而使得非线性光学晶体推向了深紫外波段。然而,KBBF晶体具有严重的层状习性,晶体在Z方向不易长厚。

从2001年开始,陈创天研究组和山东大学晶体所蒋民华院士研究组合作,在KBBF单晶生长技术上获得突破,随后陈创天研究组进一步同中科院物理所许祖彦院士研究组合作,首次提出KBBF棱镜耦合技术,并制作成功光接触KBBF-CaF2棱镜耦合倍频器件,从而克服了KBBF晶体沿Z方向不易长厚的缺点。此项专利技术已获得中、美、日三国专利权,美国直到2016年才掌握KBBF晶体的相关技术。

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