中国垄断美国十年!激光晶体拒绝出口,助力中国发展前沿科学!

还记得中美贸易战时,美国对中兴通讯和华为进行芯片封锁,以及工业软件的禁用吗?我们都知道中国一些科技被美国掐住脖子,那么问题来了,我们有没有哪些技术封锁美国呢?答案是:有。

为了研发出划时代的现代武器装备,其中激光武器便成为了各国研发的热门,国内外不少专家认为激光装备的出现将会结束现今的枪炮时代。虽然激光武器的许多技术还没有被完全突破,但激光装备的关键技术还仅是中美俄三国拥有。

而激光技术和设备制造的关键就是解决激光晶体材料的问题,目前我国在激光晶体领域领先于世界,其中我国激光晶体奠基功臣陈创天研发的KBBF晶体,曾一度让美国耗费15年才攻克该材料,虽然垄断全球长达数十年的KBBF晶体被攻克,但事情远不止这么简单。

2016年,美国先进光学晶体公司ApC发表了一篇声明,它与克莱门森大学合作成功研制出一个基础材料,打破了中国十年的封锁,它就是激光晶体。

激光这项新型技术,是20世纪人类最重要的发明之一,它被广泛运用于高精密仪器和国防武器装备等领域,因此世界各国对此技术非常重视,都提出了自己国家的激光发展计划。

比如美国的“激光核聚变计划”、日本的“激光研究五年规划”、德国的“激光学促进计划”等等,可见竞争十分激烈,而激光技术的关键在于这种能够转化激光的晶体材料,而我国陈创天院士率先研究的高性能KBBF晶体,至今仍是领先世界。

KBBF晶体为何如此重要?

KBBF(氟代硼铍酸钾)晶体是一种非线性光学晶体材料,那么问题来了什么是非线性光学呢?那我们就得先说线性光学,它是指当一束光穿过某种材料时,折射出来的还是这种颜色的光,而非线性光学指的是,当一种单色光穿过某种材料时,折射出来的是两种光,即一种是原来的颜色,另一种是其他颜色的光,我们要找的就是非线性光学晶体材料。

而陈创天院士发明的这种KBBF非线性光学晶体材料,能够将激光转化为人类史上的176纳米波长深紫外激光,进而制造出深紫外固体激光器。

这种激光器是研制光谱仪和电子显微镜等前沿装备的基础,是当今世界科学研究的高尖端利器,其重要性不言而喻。

激光晶体材料的研究是制造超高功率激光设备的基础

研发超高功率的激光和激光设备必须要用到激光晶体。1937年陈创天出生在战火纷飞的年代,1962年陈创天从北大物理系毕业后进入到现今福建物构所学习,在卢嘉锡大师的指引下陈创天在化学领域钻研了3年,此段经历也让他将自己的终生目标,定为了研究非线性光学材料结构与性能之间的关系。

光学性质由入射光强确定的材料称为非线性光学材料,激光晶体就是非线性光学材料的一种,所有的激光设备只能依靠激光晶体才发出特定频率的激光。对于非线性光学材料的摸索与研发,陈创天似乎极具天赋,在1968年陈创天便提出了著名的阴离子基团理论。

陈创天研发的BBO激光晶体性能超过国际标准的4倍之多

这一理论为往后国内外科学家们寻找非线性光学材料提供了一定的理论基础,而陈创天带领的团队经过两年摸索后,最终研发出具有非线性光学效应的BBO晶体,与当时国际上ADP晶体相比,性能效果超过其4倍之多。

1983年陈创天将BBO晶体的成果在国际上展示时,整个激光界都为之震撼,此后全球80%的BBO晶体都是中国自主研发的。而又当世界上几乎所有科学家都认为激光的波长在200纳米之上,1990年陈创天团队却再次研发出KBBF晶体,这也标志着深紫外时代的到来。

我国在深紫外固体激光领域处于垄断地位并禁止对外出售KBBF晶体

KBBF晶体产生的最短激光波长为184.7纳米,波长越短的激光设备精度与功率越高,KBBF也被视为未来制造兆瓦级激光器的首选。当KBBF晶体面市时,就在全球马上成为了抢手货,许多国家更是将其作为重要资源。

不久陈创天又推出了KBBF晶体棱镜耦合技术,我国在深紫外固体激光领域的垄断地位也由此确定。正是基于KBBF的重要性,2009年时我国对外禁售了KBBF晶体,这一举措导致国外众多国家与激光研究有关的项目只能搁置。

当美国耗费15年突破晶体垄断时我国更为先进的LSBO晶体面世

《自然》杂志也是对中国此次的行为“大吐口水”,美国多家机构也向陈创天发出合作邀请,但陈老回复很简单:不去,这也使得美国只好自主研发激光晶体。

2016年在KBBF晶体问世后的15年美国终于宣布打破了中国的垄断。但我国晶体技术当然没有停滞不前,陈创天团队又在2015年宣布研发出了LSBO新型晶体,并有望成为更先进的激光晶体材料。

陈老说过要把一生奉献给科学、祖国和人民,他做到了,虽然陈老逝世一年之久,但他的贡献与精神永存,让我们向陈老致敬。

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