全固态深紫外激光器

在2009年4月9日召开的“2009中国科学仪器发展年会”上，中国科学院理化技术研究所许祖彦院士作题为“DUV-DPL”的大会特邀报告，DUV- DPL为全固态深紫外激光器。 　　全固态深紫外激光器是我国具有自主知识产权的核心技术，在此项技术研发出来以前，我国科学仪器缺乏实用化、精密化的深紫外激光相干光源，致使我国深紫外激光仪器发展缓慢。全固态深紫外激光器研制的成功，使得我国激光科技研究突破了200nm波段的深紫外壁垒，实现了科学仪器的实用化、精密化。 　　全固态深紫外激光器(DUV-DPL)作为核心部件可应用在多种光谱仪器上，例如：深紫外激光光电子能谱仪、深紫外激光光谱仪、深紫外激光显微镜、深紫外光化学反应仪、深紫外气溶胶质谱仪等科学仪器。以全固态深紫外激光器为核心部件的科学仪器，其主要功能是：获取新数据，发现新现象，开拓新方向。 　　全固态深紫外激光器已申请到了中国、日本、美国的专利，就目前情况而言，中科院的专利已垄断了深紫外全固态激光研究的全部领域。这极大推进了我国科研人员在激光科技研究领域继续深入，促进了我国前沿科学、光电子产业发展，为这一技术研究领域在国际上持续保持优势地位奠定了坚实的基础。 　　深紫外激光器已应用于物理、化学、材料科学等领域，将在在信息、资环、生命等领域应用，这将为各大学科提供全新研究手段，对科研活动起到革命性的推动作用。

由中科院承担的深紫外固态激光源系列前沿装备日前通过验收，我国成为世界上唯一能够制造实用化深紫外全固态激光器的国家。 　　&ldquo 这是我国自主研发高精尖仪器的一个成功范例。&rdquo 9月6日，由中科院承担的国家重大科研装备研制项目&mdash &mdash &ldquo 深紫外固态激光源前沿装备研制项目&rdquo 通过验收，验收委员会给出了如是评价。 　　该系列前沿装备中的深紫外非线性光学晶体与器件平台、深紫外全固态激光源平台，以及基于这两个平台研制的8台新型深紫外激光科研装备各项既定目标全面完成，使我国成为世界上唯一能够制造实用化深紫外全固态激光器的国家。 　　中科院院长白春礼表示，该项目是中科院相关研究所和科学家在长期科研工作积累的基础上，协同攻关、自主创新取得的重要成果，也是中科院近年来&ldquo 致力重大创新突破、服务创新驱动发展&rdquo 的具体体现。 　　开启深紫外时代 　　项目从一个晶体开始。 　　这是一种名为氟硼铍酸钾(KBBF)的晶体。上世纪90年代初，在发现硼酸盐系列非线性光学晶体后，中科院院士陈创天的研究团队经过10余年努力，在国际上首先生长出大尺寸KBBF晶体。 　　KBBF晶体是目前唯一可直接倍频产生深紫外激光的非线性光学晶体，是在非线性光学晶体研究领域中，继硼酸钡、三硼酸锂晶体后的第三个&ldquo 中国产&rdquo 非线性光学晶体。 　　深紫外非线性光学晶体问世后，如何将其研制成实用化、精密化激光源，则成为一个棘手的问题。 　　KBBF晶体是层状结构，难以切割，而要做到深紫外倍频又必须切割。为此，陈创天携手激光技术专家、中国工程院院士许祖彦，开始摸索解决办法。 　　&ldquo 当时中国大陆还没有这方面的实验装置，我们不得不跑到香港科技大学，借用他们的实验室。&rdquo 许祖彦回忆说，两个人窝在实验室里，每天工作到深夜一两点，终于搞出了KBBF棱镜耦合器件。 　　该器件在国际上首次实现了1064nm激光的6倍频输出，将全固态激光波长缩短至177.3nm，首次将深紫外激光技术实用化、精密化，并已获中、日、美专利。 　　之后两人密切配合，在国际上首次实现KBBF晶体倍频输出深紫外激光，并最终发展出实用化的深紫外固态激光源(DUV-DPL)。 　　从此，中国开启了深紫外的时代。 　　从激光源到8台装备 　　DUV-DPL的研制成功，不仅使得我国激光科技研究突破了200nm以内的&ldquo 深紫外壁垒&rdquo ，实现了实用化、精密化，还极大推进了我国科研人员在激光科技研究领域的继续深入。 　　许祖彦形容自己的工作是&ldquo 二传手&rdquo ，&ldquo 跟上游讨论晶体该长成什么样，向下游询问要什么样的激光&rdquo 。 　　他花了一年多时间，跑了二三十个实验室，&ldquo 推销&rdquo DUV-DPL。 　　深紫外波段(指波长短于200nm的光波)科研装备目前主要使用同步辐射和气体放电等非相干光源。相对于同步辐射而言，在体积方面，配有KBBF晶体棱镜耦合器件的全固态激光器体积变得很小 在能量分辨率方面，比同步辐射提高5~10倍以上 在光子流密度方面，提高了3~5个量级。 　　2007年年底，财政部专门设立&ldquo 深紫外固态激光源前沿装备研制&rdquo 项目，对搭建深紫外非线性晶体和器件研制平台、深紫外固态激光器研发平台，以及研制8台新型DUV-DPL科学仪器，予以专项支持。陈创天、许祖彦担任项目首席科学家。 　　&ldquo 为使仪器保持领先，科研人员必须不断调整技术方案。为此，总体部还设立了一个工程监理部，这在国内的科研项目中很少见。&rdquo 项目总体部总经理、中科院理化所研究员詹文山说。 　　这样一来，经常要&ldquo 推倒重来&rdquo 。身为&ldquo 二传手&rdquo 的许祖彦深有体会：在5年多的时间里，满足了仪器研制人员变更技术方案的多项技术要求，解决了光源与8台仪器对接的工程问题。 　　打造自主创新链 　　如今，这8台科学仪器已经在石墨烯、高温超导、拓扑绝缘体、宽禁带半导体和催化剂等研究中获得了重要结果。 　　以深紫外激光光发射电子显微镜(PEEM)为例，目前国际上最先进的光发射电子显微镜空间分辨率最高为20nm，而采用全固态激光器后能提高到3.9nm。中科院大连化物所利用这台仪器开展了石墨烯/Ru(0001)表面插层反应原位观测，为石墨烯等光电子材料发展和应用提供了强有力的研究手段。 　　詹文山透露，目前2mm以下的KBBF晶体已可小批量生产，满足国内市场需求。8台科学仪器中，PEEM正在逐步进行产业化尝试。 　　&ldquo 晶体&mdash 光源&mdash 装备&mdash 科研&mdash 产业化，深紫外固态激光源前沿装备研制项目打造了一条自主创新链，涵盖了从提出原创科学思想到实现应用成果这一完整的科学价值链，为学科交叉面广、跨度大、探索性和工程性很强的原创性重大科研装备创新积累了经验，也为中科院各业务管理单元合理分工、深度融合、协力创新提供了典型样本。&rdquo 白春礼评价道。 　　&ldquo 这仅仅是深紫外波段仪器应用的开始。&rdquo 许祖彦透露，项目二期将从物理、化学、材料拓展到信息、资环、生命等领域，开展6台国际领先水平的仪器设备研制工作，继续推动深紫外技术的深度开发。 　　同时，在一期任务顺利完成基础上，去年中科院理化所联合北京中科科仪等单位，在科技部支持下启动了深紫外仪器设备产业化开发工作，逐步将研制成功的深紫外仪器设备推向市场。

国家重大科学仪器设备开发专项“新型深紫外全固态激光源及其前沿装备开发(1)”启动 　　5月22日，国家重大科学仪器设备开发专项“新型深紫外全固态激光源及其前沿装备开发(1)”项目启动会在中科院理化技术研究所召开。科技部条财司，中科院条财局，理化所相关负责人出席会议，项目工程总体组、技术专家组和用户委员会成员及项目主要学术骨干等近50人参加了启动会。 　　为促进项目良好运行，推动科技成果向现实生产力转化，与会领导、专家就如何加强项目组织管理，做好项目相关知识产权研究，强化项目知识产权保护、管理和运用，实现部件的标准化和加快科技成果的应用推广等方面给予了指导建议。 　　该项目由中国科学院组织，中科院理化所牵头，北京中科科仪股份有限公司提供产业化技术支撑，中科院物理所、电子所和中国科学技术大学作为主要应用单位参加，获得了科技部国家重大科学仪器设备开发专项2012年度项目支持。项目旨在围绕物理、化学、材料、信息等领域前沿研究对深紫外科研装备的迫切需求，充分利用我国独有的可倍频产生深紫外激光的KBBF非线性光学晶体及其实用化的棱镜耦合使用技术，开展深紫外激光光发射电子显微镜工程化研究，为我国深紫外领域的相关前沿研究提供有力支撑。

深紫外全固态激光源指输出波长在200纳米以下的固体激光器，与同步辐射和气体放电光源等现有光源相比具有高的光子流通量/密度、好的方向性和相干性。 　　中科院自上世纪90年代初开始研究深紫外非线性光学晶体和激光技术，经过20多年努力，在国际上首次生长出可直接倍频产生深紫外激光非线性光学晶体，并发明棱镜耦合技术，率先发展出实用化的深紫外固态激光源，使中国成为当今世界上唯一掌握深紫外全固态激光技术的国家。 　　中国科学家利用独创、独有的深紫外技术和深紫外激光非线性光学晶体，已成功研制出深紫外激光拉曼光谱仪、深紫外激光发射电子显微镜等8台深紫外固态激光源前沿装备，均为当今世界所独有的科研利器，居深紫外领域国际领先地位。 　　总投资1.8亿元人民币的深紫外固态激光源前沿装备研制项目，2008年启动实施以来进展顺利，现已研制成功的8台前沿装备还包括深紫外激光光化学反应仪、深紫外激光光致发光光谱仪、深紫外激光自旋分辨角分辨光电子能谱仪、深紫外激光原位时空分辨隧道电子谱仪、基于飞行时间能量分析器的深紫外激光角分辨光电子能谱仪等国际领先水平的仪器设备，另外1台光子能量可调深紫外激光光电子能谱仪研制工作也已基本完成，正在调试之中，多台仪器设备已初步用于前沿科学研究，并表现出优异的性能。 　　中科院整合麾下理化技术研究所、物理研究所、大连化学物理研究所、半导体研究所科研资源，在财政部专项资金支持下，设立深紫外固态激光源前沿装备研制项目，设计出从“材料-器件-装备-科学研究”完整研发体系。在成功研制8台重大仪器设备的同时，还搭建有深紫外非线性晶体和器件研制平台、深紫外固态激光器研发平台和深紫外应用仪器开发平台，核心器件深紫外晶体及器件已实现小批量生产，为仪器设备后续发展尤其是产业化工作奠定了基础。 　　深紫外固态激光技术突破是中国新型科学仪器研发的难得机遇。中科院在前期工作基础上，正组织专家进一步调研，一方面，将研制成功的8台仪器设备中技术成熟、具有市场潜力的发展为商品化仪器设备，推动中国高端科学仪器产业化 另一方面，进一步整合人才、技术力量，继续研发新型深紫外科学仪器和设备。

国家高技术研究发展计划(863计划)新材料技术领域“先进激光材料及全固态激光技术”主题项目申请指南　　在阅读本申请指南之前，请先认真阅读《国家高技术研究发展计划(863计划)申请须知》(详见科学技术部网站国家科技计划项目申报中心的863计划栏目)，了解申请程序、申请资格条件等共性要求。　　一、指南说明　　依据《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》，为满足先进制造、精密测量和国家重大科学工程等对全固态激光器的迫切需求，设立“先进激光材料及全固态激光技术”主题项目。　　本项目通过突破人工晶体材料及全固态激光器研制和产业化关键技术，开发出具有自主知识产权的系列化高功率、皮秒和紫外全固态激光器产品，促进我国人工晶体材料和全固态激光器产业的发展。　　本主题项目的任务落实只针对项目整体进行，项目申请者应针对指南内容，围绕项目总体目标和任务进行申请，而不要只针对项目部分目标和任务进行申请。　　项目可以由一家申请，也可以由多家共同申请。对于多家共同申请的主题项目，由研究单位自行组合形成项目申请团队(一个单位只能参加一个申请团队)，并提出项目牵头申请单位和申请负责人，由项目牵头申请单位具体负责项目申请。　　项目申请要提出项目分解(包括任务分解及经费分解)方案，提出项目课题安排及承担单位建议，并填写课题申请书(项目拟分解的课题数最多不超过10个)。　　二、指南内容　　1、项目名称　　先进激光材料及全固态激光技术　　2、项目总体目标　　突破人工晶体、全固态激光器及其核心器件的研发和产业化关键技术，开发出系列化高功率、皮秒和紫外全固态激光器产品并实现工业示范应用，促进我国人工晶体和全固态激光器产业的发展。　　3、项目主要研究内容　　(1)深紫外激光器及人工晶体关键技术　　KBBF/RBBF晶体生长、KBBF-PCT器件制备、激光高次谐波和激光线宽控制等技术研究。　　(2)新型晶体材料及器件技术　　超晶格晶体制备、超晶格可调谐锁模、Nd:YAG激光陶瓷材料制备等技术研究。　　(3)千瓦级光纤材料及全光纤激光器　　低光子暗化光纤制备、全光纤种子源研制、全光纤激光器整机设计和装配等技术研究。　　(4)单频激光器关键技术　　纵模控制、增益光纤与标准光纤熔接、倍频晶体抗光损伤工艺等技术研究。　　(5)紫外激光器产业化关键技术及应用　　光学晶体长寿命使用、激光器单元模块化、系统集成等产业化关键技术开发 紫外激光微加工应用技术开发。　　(6)高功率激光器产业化关键技术及应用示范　　大批量Nd:YAG单晶高质量低成本生长及加工、激光振荡放大、系统集成等产业化关键技术研发 高功率激光在焊接、表面处理等方面的应用技术开发。　　(7)皮秒激光器产业化关键技术及应用示范　　皮秒激光振荡、再生与行波放大、系统集成等产业化关键技术研发 皮秒激光微加工应用技术开发。　　4、项目主要考核指标　　(1)深紫外人工晶体及激光器　　KBBF晶体尺寸15×10×4mm3，RBBF晶体尺寸12×6×1.5mm3，KBBF-PCT器件透过率95%@193nm 177.3nm激光器功率100mW。　　(2)光学超晶格锁模器件　　线性损耗0.5%/cm、尺寸≥20×3×1mm3 锁模激光器：1.0μm/0.5μm双波长和1.3μm 激光陶瓷尺寸≥100×100×20mm3、透光率≥80%@1064nm。　　(3)千瓦级光纤材料及激光器　　双包层光纤材料光子暗化12dB/m@633nm 全光纤激光器功率1.5kW、光束质量M21.5。　　(4)单频激光器　　倍频晶体KTP抗光损伤阈值2GW/cm2@1064nm/10ns/10Hz 单频绿光激光器功率10W、线宽2MHz、噪声0.03%RMS 单频光纤激光器功率5W、线宽10kHz、边模抑制比60dB。　　(5)紫外激光器　　功率10W/20W/30W系列，重复频率50～150kHz，光束质量M2≤1.3，8小时内功率起伏3%，无故障运行时间≥5000小时，实现与加工系统的匹配及定型生产。　　(6)高功率激光器　　Nd:YAG晶坯直径≥100mm、单程损耗≤2×10-3/cm@1064nm，键合晶体的键合面损耗≤0.1% 3kW和5kW激光器产品:光纤芯径为400μm，连续无故障运行时间≥5000小时，实现与加工系统的匹配及定型生产 激光器功率≥6kW，8小时内功率起伏±2%。　　(7)皮秒激光器产品　　千赫兹10～20mJ@1064nm、5～10mJ@532nm、1～2mJ@355nm,脉冲宽度≤20ps，光束质量M2≤2，连续无故障运行时间≥5000小时，实现与加工系统的匹配及定型生产。　　5、项目支持年限为2年。　　6、项目国拨经费控制额为9000万元，自筹经费不低于国拨经费控制额。　　三、注意事项　　1、鼓励“产学研用”联合申报，项目下设每个课题的协作单位原则上不超过5家。　　2、受理时间：项目申请受理截止日期为2010年12月8日17时。　　3、申报要求：项目申请采取网上申报方式，申报通过“国家科技计划项目申报中心”进行，网址为program.most.gov.cn。请按要求编写《国家高技术研究发展计划(863计划)主题项目申请书》，具体申请程序、要求及其他注意事项详见《国家高技术发展计划(863计划)申请须知》。　　4、咨询联系人及联系电话、电子邮件　　咨询联系人：史冬梅　　联系电话：010-88372105/68338919　　电子邮件：shidm@htrdc.com　　863计划新材料技术领域办公室　　2010年10月20日

工欲善其事，必先利其器。高功率全固态激光器技术就是先进制造领域的一把利器。长期以来，国外在高功率激光技术领域一直对我国实行严密的技术封锁，严重制约了我国先进制造领域工业关键激光成套装备的发展。为摆脱我国在这一技术领域的长期被动落后局面，抢占战略主动权，自&ldquo 十五&rdquo 开始，863计划持续对该项技术进行大力支持，经过多年攻关，相继突破3kW、4kW、6kW和8kW的激光输出，到&ldquo 十一五&rdquo 中期，成功研制了具有完全自主知识产权的工业级5KW全固态激光器，打破了国际禁运。 　　为加速成果转化应用，&ldquo 十二五&rdquo 期间，863计划继续设立&ldquo 先进激光材料及全固态激光技术&rdquo 主题项目，中国科学院半导体研究所牵头承担，以工业应用需求为导向，研制系列化的高稳定、高可靠的工业级全固态激光器及其装备，并在激光焊接、表面处理等领域实现产业化应用。目前，在项目研究成果基础上，我国首个具有自主知识产权的高功率全固态激光器生产线已在江苏丹阳建成，并实现批量生产 在汽车零部件激光焊接领域，自主研制的全固态激光器成功打破国外垄断，实现了产业化应用突破，自2012年以来，已为奇瑞汽车焊接了超过10万套自动变速箱的核心部件，为北京奔驰汽车焊接了近3万套天窗 攻克无预热情况下的激光熔覆防微裂纹、微气孔等核心技术，为全球第三大石油装备制造商威德福公司成功研制出超高耐磨转井部件，实现威德福首次将该类高难度核心部件从英国的剑桥转移到亚洲进行生产。 　　经过863计划长期的持续支持，我国的高功率全固态激光器产品已初步形成了从自主研制激光器到成套装备集成再到应用的完整产业链。随着我国激光技术的不断进步，更多的高功率全固态激光器产品走上成熟的工业化进程，将为提升我国先进制造产业核心竞争力，扭转关键成套装备基本依靠进口的被动局面，加强国防建设提供有力的装备保障和技术支撑。

工欲善其事，必先利其器。中国科学家利用独创、独有的深紫外技术和深紫外激光非线性光学晶体，已成功研制出深紫外激光拉曼光谱仪、深紫外激光发射电子显微镜等8台深紫外固态激光源前沿装备，均为当今世界所独有的科研利器，居深紫外领域国际领先地位。 　　10月27日，中国科学院院士、中科院深紫外固态激光源前沿装备研制项目首席科学家陈创天(左)与实验室科研人员，向媒体展示研制成功的一种光学晶体。中新社发 孙自法 摄 　　10月27日，中国科学院院士、中科院深紫外固态激光源前沿装备研制项目首席科学家陈创天，展示经过20多年努力，在国际上首次生长出可直接倍频产生深紫外激光非线性光学晶体，以及发明的棱镜耦合技术。中新社发 孙自法 摄 　　10月27日，中国工程院院士、中科院深紫外固态激光源前沿装备研制项目首席科学家许祖彦(右)，在其领衔研发成功国际首创深紫外全固态激光源的实验室与青年科研人员交流。中新社发 孙自法 摄 　　记者10月27日从中国科学院获悉，总投资1.8亿元人民币的深紫外固态激光源前沿装备研制项目，2008年启动实施以来进展顺利，现已研制成功的8台前沿装备还包括深紫外激光光化学反应仪、深紫外激光光致发光光谱仪、深紫外激光自旋分辨角分辨光电子能谱仪、深紫外激光原位时空分辨隧道电子谱仪、基于飞行时间能量分析器的深紫外激光角分辨光电子能谱仪等国际领先水平的仪器设备，另外1台光子能量可调深紫外激光光电子能谱仪研制工作也已基本完成，正在调试之中。目前，多台仪器设备已初步用于前沿科学研究，并表现出优异的性能。 　　中科院整合麾下理化技术研究所、物理研究所、大连化学物理研究所、半导体研究所科研资源，在财政部专项资金支持下，设立深紫外固态激光源前沿装备研制项目，设计出从“材料-器件-装备-科学研究”完整研发体系。在成功研制8台重大仪器设备的同时，还搭建有深紫外非线性晶体和器件研制平台、深紫外固态激光器研发平台和深紫外应用仪器开发平台，核心器件深紫外晶体及器件已实现小批量生产，为仪器设备后续发展尤其是产业化工作奠定了基础。 　　深紫外固态激光技术突破是中国新型科学仪器研发的难得机遇。中科院在前期工作基础上，正组织专家进一步调研，一方面，将研制成功的8台仪器设备中技术成熟、具有市场潜力的发展为商品化仪器设备，推动中国高端科学仪器产业化 另一方面，进一步整合人才、技术力量，继续研发新型深紫外科学仪器和设备。 　　据介绍，深紫外全固态激光源指输出波长在200纳米以下的固体激光器，与同步辐射和气体放电光源等现有光源相比具有高的光子流通量/密度、好的方向性和相干性。中科院自上世纪90年代初开始研究深紫外非线性光学晶体和激光技术，经过20多年努力，在国际上首次生长出可直接倍频产生深紫外激光非线性光学晶体，并发明棱镜耦合技术，率先发展出实用化的深紫外固态激光源，使中国成为当今世界上唯一掌握深紫外全固态激光技术的国家。

美国“百夫长”激光炮就是将数个8千瓦级工业激光器并联。 　　林学春研究员(左一)与国外同行开展学术交流(科学报图片) 　　工欲善其事，必先利其器。 　　激光就是先进制造领域的一把利器，对一个国家的先进制造业发展有着至关重要的作用，而先进制造业的水平，体现着综合国力的强弱。 　　29岁就成为中国科学院半导体所最年轻的研究员，他最感谢的是他的导师、中国工程院院士许祖彦，导师不仅教给他扎实的基础知识，同时也教会他如何做人。 　　跨越鸿沟，就是一个全新的自己 　　2005年，博士毕业后来到半导体所科技处工作刚刚一年的林学春接到了一项艰巨的任务——筹建全固态光源实验室。 　　从无到有，往往要付出常人难以想象的努力。创建初期，林学春白天被科技处各种事务性工作填得满满当当，研究只能放在晚上做。大功率激光器实验危险性很强，水、电、光都集中到一个很小的区域，稍不留神，水溅出来会有灾难性的后果，看不见的激光射出来会把钢板烧个窟窿。而那时，实验室里只有林学春一个人在同时面对这些可能发生的危险。 　　危险，林学春不怕，但让他苦恼的是，如何才能得到理想的实验结果。很长一段时间内，他觉得自己离成功很远，想到研究所为实验室投入的那么多经费可能要付诸东流，他不免心急如焚。 　　一个能取得成功的人总是一个善于调节自己情绪的人。很快，他就豁然开朗了，要作出成绩必须先平静下来，有无所畏惧的决心和勇气。他把激光器部件一个个拆开，反复对比每一个参数，认真设计每一个步骤，经常在不知不觉中，发现窗外天已大亮。 　　尽管很累，但是他说，要感谢那段时间，因为在每天的坚持中，他不光看到了自己的进步，还锻炼了自己的意志，“现在我无论碰到什么困难都不怕，跟过去遇到的困难比起来小多了”。 　　跨越了鸿沟，成果接踵而至。实验室相继突破3kW、4kW、6kW和8kW激光输出，缩短了与国际上该领域的差距。2008年，以林学春作为项目负责人承担的“863”重点项目“高功率5千瓦全固态激光器”的课题“高功率全固态激光器研究”通过了科技部专家组严格评估，这是我国首次研制成功的满足工业需求的5千瓦级全固态激光器，并具有完全自主知识产权。这项成果对打破国际禁运、实现激光先进制造装备工程化具有重要意义。 　　进军“激光革命” 　　人类的文明史就是一部人类利用光的历史，激光则是迄今为止“最亮的光”，“激光革命”在改变着世界。让自己所制造的激光器服务于社会，在这场“革命”中取得一点小小的成绩，是林学春最大的心愿。 　　近年来，为加快科技成果转化，林学春及其科研团队以“工业应用需求”为导向，研制出一系列工业化高稳定性、高可靠性激光器及其装备，广泛应用于激光焊接、表面处理、精细加工和激光医疗等领域并取得了显著的成效。 　　他们研制的高稳定性全固态激光器被中国计量院作为标准光源，对国内的功率计进行标定。他们还开发出国内领先的1000W准连续(90ns)全固态激光器，用于船舶的除漆除锈等行业，目前应用于新加坡IDI激光有限公司。 　　林学春及其科研团队研发出的全固态高能量脉冲(12J/脉冲)激光器可以对金属表面进行毛化，使载货重轨能在雨雪等恶劣天气下正常行驶，技术将有望应用到高速铁路上，这将大大提高我国高铁在恶劣天气中的运营能力。 　　林学春团队研制出的工业用1～5kW高性能系列化全固态激光器于2010年成功与江苏省丹阳市天坤集团签订成果转化协议，直接为研究所带来了2000万元的现金收益。这项技术将广泛应用于汽车、船舶、航空、铁路等对国民经济起举足轻重作用的材料加工领域，对尽快扭转我国在先进制造领域关键成套装备基本依靠进口的局面，提高技术创新能力具有重要意义。 　　尽管如此，年轻的林学春一贯地谦逊：“我们只是在老一辈科学家引领下做了一些可供借鉴的工作而已，将来还有很多事情等着我们去做。”对于卓有成绩的青年科学家来说，这是难能可贵的。

日前，由新材料技术领域专家组责任专家、项目总体专家组专家和组外专家组成的中期检查专家组，对“十一五”863计划新材料技术领域“全固态激光器及其应用技术”重点项目进行了中期检查，项目顺利通过检查。 　　该项目以全固态激光器技术的重大需求为牵引，以实现激光先进制造、激光显示与激光医疗等三大领域产业化应用为目标，通过人工晶体、大功率半导体量子阱材料与器件、全固态激光器与系统的关键制备、批量生产和应用技术攻关，保持和发展我国在人工晶体与全固态激光技术国际领先的整体优势。 　　通过汇报和现场检查，中期检查专家组认为，该项目总体进展情况良好。其中，“高功率5kW全固态激光器”、“汽车加工用5kW全固态激光器”、“超大屏幕激光数码影院技术研究”等课题进度超前，完成了合同书规定的考核指标，取得了较为显著的成果。 　　中期检查专家组充分肯定了项目各课题取得的成绩，同时对部分课题的实施工作提出了具体的意见和建议，为项目研发的持续推进和下一阶段的验收工作打下了坚实的基础。

10月27日，中国工程院院士、中科院深紫外固态激光源前沿装备研制项目首席科学家许祖彦(右)，在其领衔研发成功国际首创深紫外全固态激光源的实验室与青年科研人员交流。 　　●首次实现量子反常霍尔效应 　　●科技论文数量居世界第二位 　　●20纳米技术领域占一席之地 　　3月14日，由中科院物理所和清华大学科研人员组成的科研团队，在国际上首次实现量子反常霍尔效应，成果在线发表于美国《科学》杂志。据介绍，这是国际上该领域的一项重要科学突破，从理论研究到实验观测的全过程，都由我国科学家独立完成。 　　而据记者了解，以中科院为代表的中国科技界，近期不断实现突破，在国际相关技术和产业领域发出“中国之声”。“中国科学已经发展到可以构思大手笔的时候了。”最近，《中国科学报》记者采访了部分中科院院士和研究所所长，中科院大连化学物理研究所所长张涛说，中国论文数量已仅次于美国，居世界第二位。“我们不缺数量，应该更重视成果的质量。”张涛的观点得到了普遍认同。而如何实现这一目标，采访对象们向记者说出了自己的观点。 　　肩负战略使命 　　2012年诺贝尔奖发布时，中科院院士郭光灿曾表示，缺乏原创，是中国科学家与诺贝尔奖的距离。实际上，这也是中国与世界科学发展的距离。 　　“原始创新能力显著提高，但重大原创成果和开创性工作还比较少 关键技术创新和系统集成能力大幅提升，但对产业发展有重大影响的关键核心技术和解决方案还不够多。”郭光灿说。 　　中科院各研究所所长在2013年的新年规划中，都进一步明确了以重大成果产出为导向，开展原始创新、关键核心技术创新和系统集成创新的战略使命。 　　中科院微电子所所长叶甜春说，从中国科学院的角度看，在国家层面要发挥战略作用的话，意味着研究所的成果应该代表国家水平。 　　在刚刚结束的两会上，中央和社会各界对科技支撑经济转型和社会发展期望很高，产业界希望借助科技的力量尽快调整结构并实现利益最大化，农民也期待有更好的农业成果带领他们脱贫致富、奔向小康。 　　“我们目前的创新能力，以及知识创新工程实施十几年的积累，和这些期待仍有距离。”中科院西安分院院长周杰说。 　　立足创新前沿 　　张涛认为，经过改革开放30多年的发展，“中国科技界应该在世界前沿领域真正提出些原创性的想法或发现”。 　　2011年，理化所牵头的“深紫外固态激光源前沿装备研制项目”获得突破，深紫外激光拉曼光谱仪、深紫外激光发射电子显微镜等8台深紫外固态激光源前沿装备，均为世界独有的科研利器。 　　2012年，8台装备中有两台获批科技部产业化项目，为前沿装备产业化工作作了铺垫。 　　同样在2012年，微电子研究所集成电路先导工艺研发中心在22纳米CMOS关键技术先导研发上取得突破性进展。 　　22纳米CMOS技术是全球正在研究开发的最新一代集成电路制造工艺，各国都投入了巨大资金，力争抢占技术制高点。有国际评论认为，像中国这样的大国，迟早要做这样的技术。 　　叶甜春认为，过去全球微电子最先进的技术领域，没有中国任何位置。现在在最先进的20纳米技术领域，中国也有了一席之地，下一步应考虑更前沿的技术创新。 　　突破产业桎梏 　　我国每年集成电路的进口额，超过石油、铁矿石、粮食等的总和。“尽管集成电路需求很大，但是我国这一产业相对弱小。”叶甜春说。 　　集成电路是全球化的产业，每年全球研发资金几百亿美元，产业投入数千亿美元，产业发展非常迅速。面对国外若干个“航母舰队”构成的整个国际化产业链，中国企业研发力量不足，尚无航母级企业。 　　“在着力建立企业研发力量的同时，把我们的研发力量慢慢融入企业，交给企业，然后我们再去作更前瞻的研究。”叶甜春说。 　　同样依赖进口的还有大型低温制冷设备。作为大科学装置的支撑技术之一，中国有50%，国际有80%的大科学装置需要用到这种设备。 　　2012年，理化所自主研发的2KW@20K低温制冷机获得成功。理化所所长张丽萍前段时间接受记者采访时说，理化所和北京宇航系统工程研究所正在起草协议，届时中国人自己制造的首台(套)大型低温制冷机将接受实地应用的考验。 　　“让应用证明，中国自己制造的大型制冷设备能够与国际品牌相媲美，为该产品的国产化奠定基础。”张丽萍希望，以此来赢得用户对国产设备技术和质量的认同。 　　此前，理化所低温制冷机曾与林德、法液空这些国际知名品牌共同竞标散裂中子源工程。虽然理化所并未中标，但是，因为理化所的参与，国外厂商被迫降价40%。 　　接受记者采访的研究所所长普遍认为，总体来看，我们对产业发展有重大影响，但关键核心技术和解决方案还不够多。要想更好地发出“中国之声”，就要集中力量攻克重大项目，并且项目要关注国家战略需求，为国家战略性新兴产业、经济发展、国防建设作贡献。 　　相关新闻：我国投资1.8亿深紫外固态激光项目世界领先

清华大学等单位共同承担的“十二五”863计划新材料领域“紫外激光器产业化关键技术及应用”课题取得重要进展，于近日通过技术验收。 　　课题组解决了厘米级BBSAG晶体生长、非线性晶体超光滑表面加工、工业级应用的全固态激光器整机装配等工艺难点，突破了高光束质量紫外频率变换、非线性光学晶体的寿命及抗损伤、光束指向稳定性等多项关键技术，开发出10-30W不同功率级别的全固态紫外激光器和新型的BBSAG四倍频器件，产品性能达到国外同类产品水平，形成了一套拥有自主知识产权的全固态紫外激光核心技术，并实现了紫外激光器在微加工成套设备上的试用。 　　课题实施期间，BBSAG晶体生长技术已经转移到福建福晶科技股份有限公司，该公司及下属公司已经实现BBSAG晶体的生产并出口到欧美等发达国家。经过本课题支持，课题组成功研制出最大输出功率达30W的紫外激光器，各项指标均达到甚至超过国际光电子公司紫外高功率激光器指标水平。该课题成果的产业化，将打破国外在紫外激光器市场中的垄断，极大地提升我国激光微加工制造产业的核心竞争力。

CPB仪器与测量栏目最新发文：基于177.3nm激光的真空紫外光调制反射光谱仪，此装置将有望成为高效无损地探测宽禁带半导体材料电子能带结构高阶临界点的有效光学表征手段，并广泛用于超宽禁带半导体材料及其异质结的电子能带结构研究。光调制反射光谱是通过斩波器周期性地改变泵浦光源对样品的照射来测量半导体材料反射率相对变化的一种光谱分析技术。由于所测差分反射率作为能量的函数在材料电子能带结构的联合态密度奇点附近表现出明显的特征，光调制反射光谱已成为研究具有显著电子能带结构的半导体、金属、半金属及其微纳结构和异质结等材料联合态密度临界点的重要实验技术之一。光调制反射光谱中所使用的泵浦激光的光子能量一般要高于被研究材料的带隙，随着第三代宽禁带与超宽禁带半导体材料相关研究和应用的不断深入，需要更高能量的紫外激光作为光调制反射光谱的泵浦光源。目前国际上已报道的光调制反射光谱系统中，配备的泵浦光最大光子能量约5 eV，尚未到达真空紫外波段。因此，迫切需要发展新一代配备高光子能量和高光通量的泵浦光源的光调制反射光谱仪，使其具备探测超宽带隙材料的带隙和一般材料的超高能量临界点的能力。中科院理化所研制的深紫外固态激光源使我国成为世界上唯一一个能够制造实用化深紫外全固态激光器的国家，已成功与多种尖端科研设备相结合并取得重要成果。此文详细介绍了由中科院半导体所谭平恒研究员课题组利用该深紫外固态激光源搭建的国际上首台真空紫外光调制反射光谱仪（图1）的系统设计和构造，将光谱仪器技术、真空技术、低温技术与中科院理化所研制的177.3 nm深紫外激光源相结合，同时采用双单色仪扫描技术和双调制探测技术，有效避免了光调制反射光谱采集中的荧光信号的干扰，提高了采集灵敏度。该系统将光调制反射技术的能量探测范围从常规的近红外至可见光波段扩展至深紫外波段，光谱分辨率优于0.06 nm，控温范围8 K~300 K，真空度低至10-6 hPa, 光调制反射信号强度可达10-4。通过对典型半导体材料GaAs和GaN在近红外波段至深紫外波段的光调制反射信号的测量对其探测能力进行了性能验证（图2）。此装置将有望成为高效无损地探测宽禁带半导体材料电子能带结构高阶临界点的有效光学表征手段，并广泛用于超宽禁带半导体材料及其异质结的电子能带结构研究。该系统基于中科院半导体所承担的国家重大科研装备研制项目“深紫外固态激光源前沿装备研制（二期）”子项目“深紫外激光调制反射光谱仪”，目前已经初步应用于多种半导体材料在深紫外能量范围内的能带结构和物性研究，并入选《中国科学院自主研制科学仪器》产品名录，将有望在推动超宽禁带半导体材料的电子能带结构研究、优化超宽禁带光电子器件的性能方面发挥重要作用。图1. 深紫外激光调制反射光谱仪图2. 177.3 nm（7.0 eV）激光泵浦下的GaAs在1.2 eV至6 eV内的双调制反射光谱及对应能级跃迁

仪器信息网讯 2011年3月7日至14日，中国科学院半导体研究所携IS-3000CB工业用高功率全固态激光器亮相国家“十一五”重大科技成就展。 IS-3000CB工业用高功率全固态激光器 　　高功率全固态激光器是应用于现代工业加工的新一代激光光源。与传统的气体激光器相比，具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等优点。我国自主研制的全固态激光器，功率高达6kw，功率不稳定度优于±0.77%，关键部件全部国产化，可广泛用于汽车焊接、铁路轮轨及风电轴承的表面淬火和熔覆等工业加工中，对提升我国工业加工装备水平具有重要意义。 　　关于中国科学院半导体研究所： 　　中国科学院半导体研究所是1956年按照“12年科学发展远景规划‘中’四项紧急措施”开始着手筹建的，是集半导体物理、材料、器件研究及其系统集成应用于一体的国家级半导体科学技术的综合性研究所，正式成立于1960年。目前，该所是集半导体物理、材料、器件及其应用研究于一体的半导体科学技术的综合性研究所。为了适应知识创新的需要，经过学科调整和目标凝练，主要研究领域包括：光电子及其集成技术 体材料、薄膜材料、微结构半导体材料科学技术 低维量子体系和量子工程、量子器件的基础研究 半导体人工神经网络和特种微电子技术。

基于飞行时间能量分析器的深紫外激光角分辨光电子能谱仪。 　　科研人员在实验室中检测深紫外激光光源元器件。 　　深紫外固态激光源系列前沿装备项目日前通过验收，这标志着我国成为世界上唯一能够制造实用化深紫外全固态激光器的国家。这个由中国科学院承担的国家重大科研装备研制项目是如何完成的?新研发出来的这些装备又能承担什么样的科研任务?请看本报记者发回的报道。 　　从源头开始的创新 　　深紫外固态激光源系列前沿装备项目的成果很多，包括深紫外非线性光学晶体与器件平台、深紫外全固态激光源平台，以及基于这两个平台研制的8台新型深紫外激光科研装备。项目首席科学家陈创天、许祖彦都认为，深紫外项目的研制成功，得益于从源头开始的创新。 　　从2008年3月在财政部专项资金的支持下设立这个项目，到今年9月通过验收，只有短短5年多时间。然而，如果从源头创新开始计算，已经过去数十年的光阴。 　　上世纪90年代初，中科院院士陈创天的研究团队经过10余年努力，在国际上首先生长出大尺寸氟硼铍酸钾(KBBF)晶体。 　　&ldquo 长期以来，深紫外波段缺乏实用化、精密化激光源，制约了科研装备和前沿研究的发展。而KBBF晶体是目前唯一可直接倍频产生深紫外激光的非线性光学晶体。&rdquo 深紫外项目工程总体部总经理、中科院理化所研究员詹文山说。 　　之后，陈创天与激光技术专家、中国工程院院士许祖彦合作，开始摸索如何将KBBF制成激光源。 　　&ldquo KBBF晶体是层状结构，难以切割，而要做到深紫外倍频又必须切割。&rdquo 许祖彦说，由于晶体特殊，又非常薄，他们一开始失败了很多次，都没能做出可以产生200纳米内深紫外激光的激光源器件。&ldquo 后来我们把晶体用棱镜夹起来，采用分子接触的光胶技术，终于解决了这个难题。&rdquo 　　这个关键的使用器件&mdash &mdash KBBF晶体棱镜耦合装置发明成功后，在国际上首次将全固态激光波长缩短至177.3纳米，获得中、美、日专利，使我国成为世界上唯一能够研制实用化、精密化深紫外全固态激光光源(DUV-DPL)的国家。 　　作为光电子能谱仪的&ldquo 心脏&rdquo ，DUV-DPL相当于计算机的CPU。它效率高，体积小，以它为核心的系列装备，是目前空间、时间及能量分辨率最高的桌面分析仪器，在物理、化学、材料、信息、生命、环保、地质等学科领域均有重大应用价值。 　　由用户订制的装备 　　深紫外项目有一个很有趣的特点&mdash &mdash 在项目通过验收之前，研究者们通过8台成品仪器，已经在石墨烯、高温超导、拓扑绝缘体、宽禁带半导体和催化剂等的研究中做出不少重要成果。这是因为在项目推进过程中，仪器制备与用户需求结合紧密。 　　&ldquo 晶体、激光器、科研仪器，一环配一环，这是一条创新链。&rdquo 项目伊始，许祖彦花了一年多时间，跑了二三十个实验室，推介DUV-DPL，同时了解科研人员的需求。&ldquo 我的工作相当于排球二传手，要跟上游讨论晶体该长成什么样，要向下游询问他们需要什么样的激光。&rdquo 　　在与上下游的对接中，KBBF晶体及光接触棱镜耦合器件(PCT)研制取得重大突破：获得了KBBF晶体厚度最大达3毫米的PCT器件 在国际上利用单片KBBF晶体首次实现了扩展到深紫外的170至232纳米宽调谐飞秒激光输出 研制出41件KBBF-PCT器件。 　　晶体按用户需求生长，激光器按用户需求制备，仪器则更进一步，直接由用户制备。 　　中科院物理所研究员周兴江就领导了8台仪器中自旋分辨角分辨光电子能谱仪、飞行时间角分辨光电子能谱仪、角分辨光电子能谱仪这3台深紫外激光仪器的制作，同时利用这些仪器开展了对铁基超导、拓扑绝缘体等前沿课题的研究，并因此获得了2013年度华人物理学会亚洲成就奖。 　　&ldquo 三台仪器都是我们自己根据实验需求设计并组装，信号强、分辨率高。例如深紫外自旋分辨角分辨光电子能谱仪就将对电子能量的测量精度从过去的70-100mev大幅度提升到2.5mev。&rdquo 周兴江说，&ldquo 我们正在申请专利。&rdquo 　　四个研究所、八个研究组、七十多位科技人员，用五年时间，花费1.8亿元，在国际上首次研制成功8类8台实用化、精密化的深紫外全固态激光光源仪器，性能指标均达到计划任务书的要求，其中输出功率及其稳定性关键指标还超过了计划任务书的要求。 　　自主创新链的样本 　　深紫外项目不仅在科研上取得世界领先的成绩，在项目管理和产业化中也积累了诸多有益经验。 　　&ldquo 我们设置了&lsquo 工程监理&rsquo ，这是我国科研项目中首次使用&lsquo 工程监理&rsquo 制度。&rdquo 工程总体部总经理詹文山介绍，项目在组织和运行管理体制方面进行了大量探索和创新，体制上的创新也给技术上的创新带来更好的保障。 　　例如，深紫外项目采取变更管理模式，项目设立之初制定的技术目标，根据国际相关技术进步，可以在项目实施过程中适时加以调整，以确保装备研制的国际领先水平。&ldquo 项目计划研制7台仪器，后来改为8台仪器，这是因为项目开始一段时间后，国际上出现了时间飞行能量分析器的新技术，我们据此增加了一台飞行时间能量分析深紫外激光光电子能谱仪。此外，深紫外光致发光谱仪的激光源，也由皮秒变更为飞秒光源，大幅度提升了仪器的时间分辨能力。&rdquo 詹文山说。 　　中科院院长白春礼高度评价这个项目：&ldquo 项目的顺利实施，打造了&lsquo 晶体&mdash 光源&mdash 装备&mdash 科研&mdash 产业化&rsquo 自主创新链，涵盖了从原创科学思想的提出到应用成果的实现这一完整的科学价值链，为学科交叉面广、跨度大、探索性和工程性很强的原创性重大科研装备创新积累了经验，也为中科院各业务管理单元合理分工、深度融合、协力创新提供了典型样本。&rdquo 　　在一期任务顺利完成的基础上，去年中科院理化所联合北京中科科仪等单位，在科技部支持下启动了深紫外仪器设备产业化开发工作，逐步将研制成功的深紫外仪器设备推向市场。目前2毫米以下的KBBF晶体已可小批量生产，满足国内市场需求。8台科研仪器中，深紫外激光光发射电子显微镜(PEEM)正在逐步进行产业化尝试。 　　&ldquo 未来走产业化道路，要卖成品仪器，不能卖激光源器件。&rdquo 周兴江说，&ldquo 前者的利润比后者高得多。&rdquo 　　&ldquo 我们还将研制更多的深紫外波段仪器。&rdquo 许祖彦表示，项目二期将从物理、化学、材料拓展到信息、资环、生命等领域，再研制6台国际领先水平的深紫外激光仪器设备。

激光技术的发展让人类的视野不断拓宽。但多少年来，波长小于200nm的深紫外波段，一直是个神秘又难以逾越的坎。 　　200nm上的这堵“墙”把人类挡在了外面。由于深紫外激光源的缺席，许多重要的科学研究只得搁置。 　　但中科院的一群科学家不能接受这样的现实。30年来，他们不但找到了深紫外光学材料和激光源，还研制出8台深紫外固态激光源装备。自2008年启动以来，“深紫外固态激光源前沿装备研制项目”进展顺利，多台仪器已初步用于前沿科学研究。 　　正如项目首席科学家、中国工程院院士许祖彦所说：“上帝没有给我们一个这么好的光源，我们就要自己去找。” 　　突破200nm 　　上世纪90年代初，非线性光学晶体接连将Nd：YAG激光波长从近红外拓展到可见光，甚至近紫外波长区。这带给人们一种隐约的希望：如果能找到一种晶体，使激光波长拓展到深紫外光谱区，人类将有望认识一个前所未有的世界。 　　在这样的背景下，中国科学家介入了这一课题。 　　“80年代我们获得了第一批国家科研基金，15万元。”项目首席科学家、中科院院士陈创天告诉《科学时报》记者，虽然现在看来这笔钱并不多，但当时已是很了不起的事了。 　　在这笔经费的资助下，陈创天的研究如虎添翼。1991年，他在发现硼酸盐系列非线性光学晶体后，运用分子设计工程学方法发现了KBBF晶体。5年后，他证实了此晶体可实现深紫外相干光输出，最短波长达到184.7nm。 　　从此，深紫外的时代开启了。在此基础上，陈创天研究组于2005年陆续发现了RBBF、CBBF等非线性光学晶体，从而拿到了完整的KBBF族非线性光学系列晶体。 　　许祖彦则形容自己的工作是“二传手”。深紫外非线性光学晶体问世后，如何将其研制成实用的精密化激光源，并配合后续的仪器研制，是他面临的最大难题。 　　但20多年前，中国大陆还没有这方面的实验装置，陈创天和许祖彦不得不跑到香港科技大学，借用了他们的实验室。两个人窝在实验室里，每天工作到深夜一两点，终于搞出了KBBF晶体棱镜耦合装置。目前，该装置仍是该晶体唯一的实用化技术。 　　之后两人密切配合，在国际上首次实现KBBF晶体倍频输出深紫外激光，并最终发展出实用化的深紫外固态激光源。 　　2009年，英国《自然》杂志发表评论文章称，KBBF晶体“真是一块完美的晶体，它确实可促使某些领域向前发展”。 　　“看到图像的那一刻，什么都值了” 　　深紫外光源的问世尽管已经震惊世界，但对许祖彦来说，他的工作才只做了一半。 　　“科技发展如此之快，为保证我们的仪器始终保持领先，科研人员必须不断调整技术方案。”项目工程总体部总经理、中科院理化所研究员詹文山说。为此总体部还设立了一个工程监理部，这在国内的科研项目中都很少见。 　　对这种经常要推翻重来的工作方式，许祖彦表示“很理解”。在3年多的时间里，他的团队满足了仪器研制人员变更技术方案的多项技术要求，解决了光源与8台仪器对接的工程问题。 　　中科院大连化学物理研究所研究员傅强是“深紫外激光光发射电子显微镜(PEEM)”子项目的负责人。“PEEM就像一条美人鱼，‘头’是电子发射技术，‘尾’是电子显微镜技术。这种技术可对物质表面结构、电子态、化学反应等进行原位、动态研究，在化学、物理、材料等领域有着重要应用。” 　　但是，现有的PEEM激发光源为气体放电光源或者同步辐射光源，这些光源亮度较低，空间分辨能力一般只能达到20～50nm，限制了PEEM的广泛应用。 　　2007～2009年，傅强等人利用深紫外激光高能量、高光束流强度、相干性等优点，研制出一套性能优越的深紫外激光PEEM系统。利用这台仪器，大连化物所已在石墨烯原位生长、界面限域化学反应等领域取得了一些初步成果。 　　“我们第一次做这种仪器，中间遇到很多困难，有半年多的时间情绪也很低落。”傅强坦陈，“不过2009年夏天，我们第一次看到了显微镜成像图，那一刻觉得什么都值了。” 　　与深紫外光电子发射显微镜类似，深紫外拉曼光谱仪、深紫外激光光化学反应仪、深紫外激光光致发光光谱仪、深紫外激光自旋分辨角分辨光电子能谱仪、深紫外激光原位时空分辨隧道电子谱仪、基于飞行时间能量分析器的深紫外激光角分辨光电子能谱仪均达到国际领先水平。另一台光子能量可调深紫外激光光电子能谱仪也基本研制完成，正在调试当中。 　　不过，对更多的中国科研工作者和社会公众来说，这个总投资1.8亿元人民币的项目，究竟有着怎样的应用前景? 　　以“短”见长的深紫外 　　目前已有的深紫外光源一类是准分子激光器，另一类是同步辐射光源。准分子激光器脉宽宽，难以满足激发态快速动力学过程的研究 而同步辐射光源虽具有较快的时间分辨，但装置体积巨大，科研人员只能把实验搬过去做，带来许多不便。 　　深紫外固态激光源在时间、空间和能量分辨率上，都有着绝对优势。“更重要的是，这些仪器装备将来有望小型化，甚至可以进行市场化推广。”中科院院士李灿介绍。 　　李灿负责研制的深紫外拉曼光谱仪就是一个例子。目前这台仪器已初步应用于催化、材料、能源、生物、环境等领域。在水污染检测中，仪器灵敏度达到了环境水污染国际最低检测限。“只要一滴水就能检测水污染。” 　　詹文山透露，目前2mm以下的KBBF晶体已可小批量生产，满足国内市场需求。受国家工业水平限制，8台仪器还不能全部实现商业化，但中科院已在考虑选取其中的1至2个，逐步进行产业化的尝试。 　　2006年，时任中科院院长路甬祥在中科院物理所考察时曾说：“如果没有仪器设备的自主创新，也很难有新的理论上的突破。一种新仪器新装备的诞生，往往是打开一个新方向新领域的关键桥梁。” 　　这句话，许祖彦一直记得，项目团队的每一个成员也记得：“这些年来，我们证明了‘材料—器件—装备—科研—产业’的自主创新链是可行的，也证明了中科院此类研究性和工程性均很强的科研项目是可行的。”

首台纳秒深紫外固态激光源实用化样机研制成功 　　日前，全球首台纳秒深紫外固态激光源实用化样机在中科院理化技术所研制成功。3月20日，项目总体部总经理詹文山，项目首席科学家、中国工程院院士许祖彦，理化所所长刘新厚等共同见证了第一台样机出所。3月23日，样机顺利运抵中科院大连化学物理研究所，科研人员将完成深紫外激光拉曼光谱仪的整机组装调试。 　　据专家介绍，2007年12月，“国家重大科研装备研制项目——深紫外固态激光源前沿装备研制”在财政部及中科院计划局、基础局的大力支持下立项。该项目利用中科院在深紫外非线性光学晶体及激光技术研究领域保持国际领先地位的优势，计划研制7台(套)(第一批)具有自主知识产权的国际首创/领先的深紫外固态激光源重大科研装备，建立深紫外科学仪器研制基地，取得从材料到器件到应用的全面优势，引领DUV(深紫外)前沿重大科研装备的突破，使我国在该领域的科学与技术位居国际领先地位，推动物理、化学、材料、信息、生命、资环等领域创建新的科技前沿。 　　中国科学院理化技术研究所的科研人员经过一年半的努力，终于成功研制出全球首台ns 脉冲177.3 nm深紫外固态激光源实用化样机。通过优化倍频系统及KBBF先进热管理技术，激光输出功率获重大突破，比2006年提高20倍，稳定输出功率达4 mW，最大输出功率为34.7 mW。

由2014年诺贝尔物理学奖获得者、日本名古屋大学材料与系统可持续发展研究所的天野弘领导的一个研究小组，与旭化成株式会社合作，成功地对深紫外激光二极管（波长低至UV-C区）进行了世界上第一个室温连续波激光发射。研究结果近日发表在《应用物理快报》上，代表这项技术朝着广泛应用迈出了一步。　　从2017年开始，天野弘研究小组与提供2英寸氮化铝基板的旭化成公司合作，开始开发深紫外激光二极管。起初，向该装置注入足够的电流太困难，阻碍了紫外可见（UV-C）激光二极管的进一步发展。　　2019年，天野弘的研究小组使用偏振诱导掺杂技术解决了上述问题，首次制造了一种短波长的UV-C半导体激光器，它可以在短脉冲电流下工作。这些电流脉冲所需的输入功率为5.2W，这对于连续波激光来说太高了，因为功率会导致二极管迅速升温并使激光停止。　　研究人员此次重塑了设备本身的结构，将激光器在室温下运行所需的驱动功率降低至仅1.1W。研究人员发现，强晶体应变会阻碍有效电流路径。通过巧妙地剪裁激光条纹的侧壁，他们克服了缺陷，实现了流向激光二极管有源区的高效电流，并降低了工作功率。　　这项研究是半导体激光器在所有波长范围内实际应用和发展的一个里程碑。未来，UV-C激光二极管可应用于医疗保健、病毒检测、颗粒物测量、气体分析和高清晰度激光处理，尤其有利于需要消毒手术室和自来水的外科医生和护士们。

具有极窄线宽的单纵模深紫外可调谐激光由于其高的光谱分辨率及光子能量，是精密光谱学、紫外光刻、激光同位素分离、高分辨成像等诸多领域具有重要需求的光源，但因其涉及到线宽压窄技术、频率稳定技术、精确调谐技术及波长变换技术等一系列复杂的难题，该激光研究工作极具挑战性。为了获得紫外波短的波长，通常需要借助非线性晶体混频已有成熟激光器件的方案，从而获得该波段的相干辐射。我国科学家在非线性激光晶体研究方面成果显著，以BBO、LBO、KBBF等晶体为代表的紫外及深紫外波段非线性晶体蜚声国际。但是由于不同晶体在通光波段、相位匹配范围、有效非线性系数及光学质量、生长工艺、使用寿命等方面的不同表现，很难有可完全取代其他晶体的&ldquo 全能&rdquo 非线性晶体，不断挖掘新的非线性晶体并结合实用激光器件获得技术指标先进的紫外及深紫外激光，是激光材料及激光技术人员追求的重要内容之一。 　　针对极窄线宽可调谐深紫外激光的应用研究任务，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)光物理重点实验室魏志义研究组基于他们掺钛蓝宝石激光研究的经验，近年来通过深入系统的研究工作，相继克服了压缩线宽、稳定频率、精调波长、提高增益等技术难题，部分工作已发表于Applied Optics等杂志上【Appl. Opt., 51: 1905(2012)及Appl. Opt., 51:5527 (2012)】。最近，魏志义研究员、滕浩副研究员及博士研究生王睿在进一步成功获得平均功率6.5W、线宽小于0.4pm的可调谐窄线宽纳秒钛宝石激光的基础上，通过与福建物质结构研究所洪茂椿、陈长章、林文雄研究员合作，利用他们最新研制成功的BBSAG (Ba1-xB2-y-zO4SixAlyGaz)晶体四倍频该激光，在195～205nm的深紫外波长范围内获得了线宽小于200MHz、单频稳定性优于50MHz、调谐步长小于50MHz的可调谐窄线宽稳频激光输出，最高输出功率达130mW。图1为波长计测量到的基频光典型线宽结果，图2依次为各阶谐波的调谐曲线，对比BBO晶体，BBSAG在紫外波段不仅倍频效率提高了25%，而且由于近两倍高的光学破坏阈值、更高的硬度及完全不潮解的特性，表现出更加优良的连续稳定运行时间及可靠的线宽稳定性、精确的波长调谐能力，可望作为一种新的紫外非线性晶体，在激光科学技术中发挥重要作用。目前该激光器已在合作单位取得成功应用。 　　相关结果已发表在Optics Letters 39,2105(2014)上，此项工作得到了中科院知识创性工程方向性项目和国家自然科学基金委重大研究计划项目的资助。 　图1 基频光的线宽测量结果　　 图2 各次谐波的光谱调谐范围，采用BBSAG的四倍频激光的调谐范围约从193～210nm。最高平均功率135mW。

近日，由长春新产业光电技术有限公司研制成功的紧凑型全固态半导体泵浦激光打标机，倍受市场青睐。 　　激光打标是指利用激光束使打标表面物质气化或发生化学物理变化，从而显出刻蚀图形和文字的方式。与传统标记方式相比，激光打标技术具有标记速度快、字迹清晰永久、污染小、无磨损、操作方便、防伪能力强、可以做到高速自动化运行等优点，因此在工业领域逐渐从电加工进入光加工时代的今天，激光打标已被广泛应用到各种加工领域，包括五金制品、金属器皿、精密机械、汽车配件、电子器件、集成电路块、食品包装、刀具、礼品、钟表、电脑键盘等产品的表面，必将代替传统的标记工艺，给产品注入新的活力。 　　目前市场上，激光打标机根据工作方式不同可分为灯泵YAG激光打标机、半导体侧泵激光打标机、半导体端泵激光打标机、光纤打标机等。其中，半导体端泵激光打标机不仅可以实现更为精细的打标效果，而且更加具有体积小、价格低的优势。 　　长春新产业光电技术有限公司是依托中科院长春光机所设立的高新技术企业，成立于1996年3月主要从事半导体泵浦全固态激光器的研发、生产和销售，其全固态激光器产业化规模和产品技术水平近年来一直保持国际先进、国内领先水平，产品遍布全球81个国家和地区，同类产品的国际市场占有率约为30%，国内市场占有率70%以上。紧凑型全固态半导体泵浦激光打标机的研制是公司依托原有半导体泵浦全固态激光器方面的技术优势，逐步实现对激光器下游产品的开发，进一步促进固体激光技术及其器件的应用发展，而且将带动晶体材料、半导体材料、光电器件工艺、加工领域的发展，其带来的直接效益和二次效益都会对国民经济和地区发展带来新的活力。 　　该公司研制成功的紧凑型全固态半导体泵浦激光打标机，发光源采用半导体列阵，光光转换效率高 采用特殊耦合泵浦方式，光源结构更加紧凑 热耗损低，无需单独配备冷却系统，是目前国内同类产品中体积最小的设备。

美军的生物联合防区外检测系统(JBSDS)。JBSDS是防区外化学与生物威胁监测的应用实例，利用激光雷达(LIDAR)来探测一定距离外的气溶胶。DARPA希望通过LUSTER项目开发出小巧的大功率紫外激光器来实现类似功能。 　　中新网3月6日电 据中国国防科技信息网报道，美国国防高级研究计划局(DARPA)启动了一项新研究，旨在开发出一种结构小巧、性能可靠的紫外线探测设备。 　　该研究项目名为&ldquo 战术有效的拉曼紫外激光光源&rdquo (LUSTER)。DARPA向业界寻求设计方案，以开发结构紧致、高效低成本、可灵活部署的深紫外(deep UV)激光生化战剂探测新技术。这种新技术可以节省空间、降低重量和功率需求，也比当前的同类装置要敏感很多。DARPA的目标是：新紫外激光器的体积不超过目前激光器的1/300，同时效率提高10倍。 　　拉曼光谱分析是利用激光来测量分子振动、从而迅速准确地识别未知物质的方法。紫外激光的波长特别适合进行拉曼分析，但美国国防部当前所使用的战术紫外线探测系统体积庞大、价格昂贵，其性能也有限。 　　DARPA项目经理丹格林介绍说，目前探测系统的体积和重量太大，需要用卡车运送，而LUSTER项目的目标是开发出具有突破性的化学与生物战剂探测系统，可以单兵携带，并且效率大幅提高，同时，DARPA希望新系统的价格也能在目前探测系统价格基础上&ldquo 抹去几个零&rdquo 。 　　目前&ldquo 紧凑型中紫外技术&rdquo (CMUVT)项目已经完成，DARPA希望在此基础上研制LUSTER。CMUVT项目研发出了创纪录的高效大功率中紫外线发光二极管，紫外线波长接近LUSTER的紫外光波长。 但发光二极管对化合物识别的灵敏度有限，因此DARPA希望LUSTER项目能够开发出新的激光技术，使其准确度和灵敏度不低于当前昂贵的激光系统，而其稳定性和成本又与发光二极管相当。 　　格林透露，除了用于探测战场或国内大规模恐怖袭击中可能出现的化学与生物战剂，紫外激光器还有许多其他用途，例如医疗诊断、先进制造和紧凑的原子钟。 　　LUSTER项目可考虑采用多种不同的技术方法，只要他们能够发出220-240纳米波长的深紫外光，其功率输出大于1瓦，功率转换效率大于10%，导线宽度小于0.01纳米。

在“十一五”863计划“全固态激光器及其应用技术”重点项目的支持下，中国人民解放军总医院承担的“全固态激光治疗血管瘤设备”课题取得重要突破，研制出国内首台全固态连续激光鲜红斑痣治疗仪，近日顺利通过验收。 　　中国人民解放军总医院激光医学科、北京心润心激光医疗设备技术有限公司等单位，根据光动力作用原理和鲜红斑痣的病变特点，利用全固态激光技术，研制出国内首台全固态连续激光鲜红斑痣治疗仪。该治疗仪输出稳定、光斑质量均匀、临床使用方便、可靠性高和临床疗效好、设备达到了同类产品的国内外先进水平。目前，该项目成果已获SFDA批准在临床试用2000余例，有效率100%。 　　鲜红斑痣是一种先天性血管畸形，并随年龄增长而加重的、终生性常见多发病，发病率高达3-5‰，我国每年约有5-8万患者出生。该设备的成功研制，不仅为数百万鲜红斑痣患者带来福音，而且有力地促进我国相关激光医疗设备产品和产业的发展。

记者从中国科学院上海应用物理研究所获悉，经过多年技术积累和艰苦努力，上海深紫外自由电子激光装置(SDUV-FEL)实验取得重大进展，我国自由电子激光实验研究步入世界先进行列。 　　自由电子激光是激光家族的一个新成员，被国际上公认为新一代光源，有着重要的应用前景。高增益自由电子激光在亮度、相干性和时间结构上，都大大优于第三代同步辐射光源，是国际上竞相发展的新一代大科学装置。 　　自由电子激光的工作模式主要有“自放大自发辐射(SASE)”和“高增益谐波产生(HGHG)”两种。其中，“高增益谐波产生(HGHG)”工作模式需要短脉冲激光和高品质电子束流的精确相互作用，技术比较复杂，但是性能较“自放大自发辐射(SASE)”工作模式更好。 　　经过多年的技术积累和艰苦努力，上海深紫外自由电子激光装置于2010年12月中旬成功进行了高增益谐波产生自由电子激光放大与饱和的实验，这是上海深紫外自由电子激光装置成功进行了自放大自发辐射实验和外种子自由电子激光调制实验之后，所取得的又一重大进展。 　　目前，我国已成为继美国之后世界上第二个实现高增益谐波产生自由电子激光放大与饱和的国家，这表明我国已经基本掌握了相关主要关键技术，为我国未来的X射线自由电子激光大科学装置的发展奠定了坚实基础。 　　中国科学院上海应用物理研究所是我国大科学装置“上海光源”的建设和运行单位。“上海光源”是目前世界上性能最好的第三代中能同步辐射光源之一。目前，中科院上海应用物理研究所正积极开展自由电子激光新一代大科学装置的预研。

前言：我国作为一个人口众多的发展中国家，在很多技术、行业领域都长期处于缺少自己的知识产权、缺少自己的核心技术、缺少自己的核心竞争力的被动境地。我们实施的许多科学技术研究定位于瞄准、跟踪或赶超国际前沿，已取得了丰硕的成果，极大促进了我国高技术的全面发展，使我国在国际高技术舞台占有一席之地。而“创建国际前沿”，使科学技术走在国际科学研究最前沿，则更有利于推动我国相关研究领域的发展,推进产业优化升级。 　　日前，仪器信息网编辑走访了中科院物理所许祖彦院士，“创建国际前沿”这句令全体中国科研工作者为之振奋的话，正是我国这位著名激光技术专家许院士与我们讨论最多的，许院士和他的同事们在国际激光研究领域，也确实身体力行地不断为“创建国际前沿”而奋斗。 　　全固态深紫外激光器研制的成功，不仅使得我国激光科技研究突破了200nm以短的深紫外壁垒，实现了实用化、精密化，还极大推进了我国科研人员在激光科技研究领域继续深入，促进了我国前沿科学、光电子产业发展，为这一技术研究领域在国际上持续保持优势地位奠定了坚实的基础。 　　全固态深紫外激光器核心技术之一的KBBF晶体棱镜耦合装置是我国具有自主知识产权的核心技术，为我国独有并暂时不对外国出售，以保护我们国家先进科研装备的研制，这是我国在高技术领域第一次对发达国家说“不”。 　　世界首台大色域140英寸大屏幕激光显示样机研制的成功，标志着我国在国际激光彩色显示技术开发的先进行列，以及我国在激光显示研究领域取得国际领先关键技术优势。 我国著名激光技术专家、中科院物理研究所许祖彦院士 我国科学仪器现状与发展任务 　　谈到仪器，许院士表示：“科学仪器能提升国民经济水平、科学水平、技术水平和促进国防建设的发展，有人曾经统计过，诺贝尔物理、化学奖的获得者1/3与科学仪器发明有关，而发明的科学仪器反过来又促进了科学技术的进一步发展。” 　　讲到我国仪器现状，许院士无奈地说：“现在我国使用的大型科学仪器，包括激光仪器在内，“八五”的时候，只有9.98%是国产的，到“十五”的时候，不到15%，也就是说，现在我国的大型科学仪器85%还是依赖从国外进口。这样事情就非常严重了，从进行科技前沿方面的研究来说，外国的先进科学仪器，先他们自己用，待他们把‘第一桶金’都淘完了，再把仪器高价卖给我们，回收成本 另一方面，涉及到高、精、尖的仪器，国外往往对我国禁运。” 　　“从‘八五’到‘十五’近10年间才增长5%左右，增长速度好像有点缓慢?”笔者吃惊地表示。“从‘八五’到‘十五’近10年间才增长5%左右，增长速度的确有点缓慢，其实我们有很多科研技术不一定比国外落后，也做了很多科学研究，发表了很多文章，就是做不成仪器，这与我国的工业化水平有关。现在我们国家正在提倡‘两化融合’，即信息化与工业化结合，将信息产业部与工业部连在一起，这将会很好的促进我国科学仪器的发展。而激光很大程度应用在信息仪器上，应用在分析仪器上也比较多，所以我比较关心国家的‘两化融合’。希望此项举措能推进国家科学仪器的发展，让我们国家的国产大型科学仪器不到15%的比例能够尽快增加。” 　　针对目前我国国产仪器现状，许院士进一步道出了心中所想，并提出了当前我国科学仪器产业发展的重大任务：“要想将国产仪器做强，首先要提高仪器质量，将15%的比例提高上去，增进我国仪器的国产化，进一步在世界范围内实现仪器创新，在世界上有中国自己的品牌，所以说中国国产仪器的发展也是任重而道远。作为一个研究仪器人的心理话，希望中国仪器产业能有具体目标和历史使命感，也希望仪器信息网也能起到积极的推动促进作用。” 激光技术在仪器方面的应用 　　激光技术属战略支撑技术，在仪器创新上有广泛应用 　　“我国的激光技术起步比国外稍晚一些，60年开始起步，但现在差距比较大，这跟当初的国际关系背景、国民经济水平、人才素质背景有关。改革开放后，各方面都有所改观。03-04年国家中长期科技发展战略研究中，将激光技术定义为战略支撑技术，即激光是国家的高新技术产业、科技前沿和国防建设的战略支撑技术。在后来的国家纲要中，进一步将激光定位为国家八大前沿技术之一。”谈到激光技术，许院士首先向笔者介绍了我国激光技术的发展背景及目前现状。 　　“什么是‘支撑技术’?”笔者问到。 　　“所谓支撑技术，是指技术本身不一定值很多钱，但它支撑着这个产业产生很大的社会经济效益。”讲到这里，许院士形象的举例道，“支撑技术就像盖大楼时刚开始建的支柱，看似简单，没有太大的用处，但一旦把它移开，整栋大楼也就不存在了 DVD里面的半导体激光器很简单、很便宜，但不代表不重要，如果将其去除，那么DVD连概念都产生不了。” 　　“那激光技术的发展方向呢?”笔者进一步问到。 　　“其主要发展方向为：半导体激光、全固态激光、自由电子激光和光纤激光。”许院士笑着说道，“我从毕业到现在干了近40年，一直是课题组组长，近20年主要是做全固态激光，主要应用在三个方面，包括产业工艺、科技前沿和军工。” 　　谈到全固态激光在仪器上的应用，许院士表示：“全固态激光技术在仪器方面也有很多用途。由于激光本身是一个定向光源，方向性好，单色性好，亮度高，首先在通讯仪器方面，其可以用来做信息载体，如在光纤通讯等方面，具有很宽的带宽，传输性非常好 第二，作为计量仪器，如激光刚发明的时候，就用来探测月球到地球的距离，现在发展到用飞秒频率梳作为长度和时间的标准，是一种很前沿、很重要的仪器技术 第三，在分析仪器上，用途也很广泛，如用在激光谱仪、能谱仪上 第四，主要是借助激光的定向性好、光能量密度大、能量高等特性，作为加工的仪器，如用来金属打孔、焊接等。” 　　KBBF晶体和它的棱镜耦合装置研究成功，使全固态深紫外激光器得以精密化和实用化 　　“当前，国家建设要提倡做强、做大，国产仪器也要做强、做大，国家财政部、产业部、科技部、基金委对此一直很重视，深紫外激光仪器就是由此研究开发出来的。”终于，这个令笔者十分感兴趣的话题，也是本次采访的核心话题终于出现了。为了不打断许院士的思路，笔者决定采取静静聆听的方式，让许院士将这个话题阐述完毕。 　　为了让笔者有所了解深紫外激光仪器，许院士先给笔者“科普”了一下：“深紫外波段光指波长在150～200nm左右的那一段光。从光的受激发射来讲，其泵浦速率与波长倒数的3次方成比例，波长越短，要求泵浦速率就越高，深紫外激光波长很短，直接用受激发射产生技术就非常困难。” 　　“科普”完毕，许院士继续讲到：“我们要研制的大型科学仪器，应既要实用化，又要精密化。现在的设备产生的深紫外激光，距离实用化和精密化比较远，因而深紫外波段的激光仪器，长期以来在世界上一直发展不起来。当前既实用化又精密化的激光器当数全固态激光器。” 　　“用固态激光直接产生深紫外波段激光，最好的办法就是利用非线性谐波技术，将激光一次次的倍频，这就要依靠非线性光学晶体，而中科院陈创天院士和他的研究群体研制的非线性光学晶体是世界上公认做得最好的。之所以说是世界上公认做得最好的，是因为目前国际上通用的四种非线性光学晶体中，中国四占其三。(目前世界上能够工业化使用的非线性晶体只有四种：从近红外到可见光使用的KDP晶体——由美国杜邦公司发明 从可见、紫外到深紫外3个波段使用的BBO、LBO、KBBF晶体——都是由中科院陈创天他们发明的。) 　　外国专家曾预言，200nm波长激光是一个发展壁垒，突破200nm波长这个瓶颈可能要靠中国专家来完成。早在九十年代，陈创天院士课题组就找到了KBBF晶体，用来做倍频，将激光波长缩短至186nm，突破了200nm波长的限制，但是由于其比较笨重，还不能达到实用化。 　　由于KBBF晶体层状特性很严重，长不厚，要做到深紫外倍频需要切割，但其又不易切割。直到2002-2003年的时候，陈创天院士课题组与我的课题组共同发明了KBBF晶体的棱镜耦合装置，在国际上首次实现了1064nm激光的6倍频输出，将全固态激光波长缩短至177.3nm，首次将深紫外激光技术实用化、精密化，并申请到了中国、日本、美国的专利。就目前情况而言，中科院的专利已垄断了深紫外全固态激光研究的全部领域。” 　　相对于同步辐射而言，在体积方面，配有KBBF晶体棱镜耦合装置的全固态激光器体积变得很小 在能量分辨率方面，比同步辐射提高5-10倍以上 在光子流密度方面，提高了3-5个量级 同步辐射在纳秒、皮秒条件下工作，而KBBF晶体的深紫外全固态激光器在纳秒、皮秒、飞秒条件下都能工作 同步辐射只能探测到1-2nm，而全固态激光器能探测到10个nm的深度。 　　真空紫外激光角分辨光电子能谱仪成功问世，令世界瞩目 　　许院士继续说道：“光电子能谱仪是当今研究凝聚态物质电子行为的先进仪器，目前都使用同步辐射光源，如改用深紫外激光源，其性能将获得全面的突破。1.773nm深紫外全固态激光研制成功后，日本东京大学提出用于光电子能谱仪(积分式)。2004年周兴江博士回国研制深紫外激光高能量分辨、角分辨光电子能谱仪，在中科院创新工程计划支持下，研制计划顺利进行，06年获得成功，并应用于高温超导材料研究，这立即引起国际科仪界的强烈关注，许多国际著名实验室慕名前来，要求购买深紫外全固态激光相关技术。中科院和上级领导部门经慎重考虑，认为这一自主创新的原创性“敏感技术”首先应服务于国内前沿科学研究，推动我国创建学科研究国际前沿。 周兴江研究员向许祖彦院士和仪器信息网采访人员介绍仪器及取得的成果 真空紫外激光角分辨光电子能谱仪 　　7台深紫外激光器应用在物理、化学、材料科学领域，开发7台国际首创的大型科学仪器 　　现在，中国科学院、基金委、科技部、财政部对此都很重视，许院士在报告中也曾指出：这个研究在中国是完整的研发链：KBBF晶体材料是中国人把它长出来的，外国人没有 激光器是中国人的，外国人没有 用这个激光器研制的角分辨能谱仪也是中国人的，外国人也没有 再往下进一步研究，将由中科仪公司将这种仪器商品化，推向国内、外市场 仪器商品化之后，搞前沿科学研究的人就可以利用这种仪器进行发现新现象、阐明新理论、找到新方法等方面的研究。 　　深紫外全固态激光器出来后，许院士给中国科学院大连化学物理研究所做紫外拉曼光谱研究的李灿院士打了一个电话，李灿院士听到这个消息后，很受振奋，立即要求尽快提供一台深紫外激光器。根据李灿院士的要求，我们正量身制作一台全新的深紫外激光器，对此，李灿院士表示：“这种深紫外拉曼光谱仪将属于新一代的谱仪”。 　　现在我们正在加紧研制5类7台深紫外全固态激光器，提供给物理、化学和材料学家，帮助他们研制7台新的应用深紫外全固态激光器的国际首创的大型科学仪器，例如周兴江博士研发深紫外激光同时具有自旋分辨和角分辨的光电子能谱仪、光子能量可调谐深紫外激光光电子能谱仪用来将电子参数测全，包括电子能量、动量、自旋等。 　　李灿院士研发深紫外激光拉曼光谱仪，当初新型拉曼光谱仪将光谱波长检测范围最低限从205nm降低到193nm时，拉曼光谱就大大的增加了，如今采用深紫外全固态激光器再将检测范围最低限降至177.3nm，可想而知，拉曼光谱会增加多少…… 　　包信和研究员研发深紫外激光光发射电子显微镜。目前，国际上最先进的光发射电子显微镜，其精确度最高能达到20nm的水平，而采用全固态激光器后，其精确度将能提高到5nm。 　　王占国院士研发深紫外光致发光光谱仪，用于超宽带隙半导体材料方面的研究。它将使这类新材料的基础参数检测成为可能。 　　佟振合院士研发深紫外光化学反应仪，现在有3000万个有机化合物，90%的吸收光谱在深紫外区，而现有的技术只能采用双光子效应来检测，效率非常低，采用深紫外激光器后，就可以用单光子激发的方式检测，探测到很多的化合物以及观察到化合物更深层次的反应。 　　王恩哥院士等研发深紫外激光原位时间分辨隧道电子谱仪，用于表面物理方面的研究，将使10nm左右小量子系统方面的研究成为可能。 　　这仅仅是深紫外波段仪器应用的第一期，主要应用在物理、化学、材料方面，已不再是瞄准、跟踪或追赶国际前沿，而是在创建国际前沿 第二期将应用在信息、资环、生命等领域，这将为各大学科提供全新研究手段，对科研活动起到革命性的推动作用。 激光全色显示样机研究成功 　　有人问许院士：“您近些年都做了些什么?” 　　许院士幽默地回答道：“近10年做了3件比较大的事情，第一件就是深紫外激光器，‘坐了10多年的冷板凳’，但有它自己的好处，没人和你竞争，能够踏踏实实的自己搞研究 第二件事情，在高功率、高光束质量和变频全固态激光产生和应用方面 第三件事情，就是激光显示，从八五开始到现在。” 　　信息链包括信息的获取、处理、存储、传输、显示几大步骤，显示作为信息链的最终环节。许院士认为：显示技术目前走过了黑白显示、彩色显示、数码显示三个过程，但在这三个过程中普遍存在的、至今仍未解决的问题就是：色域覆盖率低。如果以人眼可识别自然界的色彩范围为100%，现在显示器的色域覆盖率只在33%左右，采用激光显示器，其理论色域覆盖率可达到90%以上。激光显示也被许院士称为显示技术发展的第四个过程或平面显示的终端过程。 　　十五期间，许院士和中科院五个研究所的科学家们合作已用激光全色显示技术做出了一台原理样机，色域覆盖率达到了73%，这个覆盖率为当今世界上最大的。样机做出来以后请显示专家及一般群众来观看鉴定，这给鉴定者带来了意想不到的视觉享受与冲击，得到了大家一致的赞许与认可。 　　当前，激光全色显示技术发展遇到最大的问题就是如何将此项技术推向产业化。“一台200多英寸的样机，其成本就100多万，这是中国许多用户所承担不起的，这是将激光显示技术推向产业化遇到的问题之一 一旦激光显示技术推向产业化，电视台传输带宽、标准等方面也需要重新制定。如果将上述问题全部解决，从而将激光显示技术彻底推向产业化，需要巨大的投资，仅靠现在的几千万政府科研经费投入是远远不够的，这也是制约将此项技术推向产业化的关键所在。”许院士感慨地说道，“数十上百亿元人民币的费用，对国家、对企业来说都是一笔不小的投入，但对于此项技术每年上千亿美元的市场而言，这些投入带来的效益回报也是巨大的!” 　　至此，笔者希望中国本土企业能够联合起来，对我们国家自主创新的技术予以积极的支持，开创我国显示技术领跑世界的新局面。否则，中国显示行业企业又将形成在标准上受制于人、在市场上为外国人打工的尴尬局面。打造中国企业的国际竞争力，又将成为一代人的一个壮志未酬的遗憾。许祖彦院士与仪器信息网采访人员合影 　　编者后记： 　　采访结束后，笔者一行又在许院士的带领下参观了周兴江研究组的实验室，亲眼看到了这台令世界瞩目的深紫外激光光电子能谱仪，亲耳听到了周兴江研究员对这台光电子能谱仪如数家珍的介绍。作为炎黄子孙，切身感受到了“创建国际前沿”给我们带来的骄傲。 　　回来的路上，笔者的情绪久久不能自已，遂作小诗一首： 追梦依稀四十载， 白发皓首燕归来。 艰苦钻研终不辍， 硕果丰存桃李开。 　　*许祖彦院士和他的科研团队最近已调到中科院理化技术研究所，继续从事激光物理和技术研究。

摘要：3月12日，总预算达1.4亿元的国家重大科研仪器设备专项“基于可调极紫外相干光源的综合实验研究装置”在大连正式启动。它将成为国际上唯一一套工作在50～150纳米区间且波长可调的全相干高亮度的自由电子激光器。 　　对原子、分子的探测是物理化学研究的基础，但由于现有仪器设备的限制，大多数分子和自由基难以被单光子电离，使很多研究无法深入，成为困扰科研工作者的一大难题。 　　一项旨在解决该难题的实验装置即将在我国建设。3月12日，总预算达1.4亿元的国家重大科研仪器设备专项“基于可调极紫外相干光源的综合实验研究装置”在大连正式启动。它将成为国际上唯一一套工作在50～150纳米区间且波长可调的全相干高亮度的自由电子激光器。 　　项目总负责人、中科院院士杨学明表示，该装置的研制将极大提升我国在能源等相关基础科学领域的实验水平，并极有希望成为国际上相关领域的一个重要研究基地。 　　强强联合 　　项目负责人之一、中科院大连化物所研究员戴东旭介绍说，能源研究中，煤的热解等燃烧过程的中间产物往往以原子、分子、自由基的形式存在，这些微观粒子被电离为离子后才能变成电信号被测试到。因此，对微观粒子的高灵敏度、高时间分辨率和物种分辨的探测和研究至关重要。 　　但是，大多数分子或自由基的激发电离波长都处于极紫外波段(50～150纳米)，而传统激光器产生的基本波长一般在近紫外到近红外波段(300～1000纳米)。这造成了传统激光激发电离微观粒子需要吸收多个光子，其效率和灵敏度会呈几何量级的降低，并且容易把产物打碎。 　　为解决该问题，科学家提出了利用自由电子激光产生极紫外波段相干光的技术。该技术被认为是探测微观粒子最有效的途径。自由电子激光的波长可涵盖从硬X射线到远红外的所有波段，特别是利用高增益谐波产生(HGHG)技术产生的自由电子激光具有超高峰值亮度、超快时间特性和良好的相干性，应用价值巨大。 　　但该技术直到近十年才在实验中得到验证。其中，中科院上海应用物理所在几年前建设了我国第一个自由电子激光，并成功进行了相关实验。 　　而在大连，一位在科研中多年受困于粒子探测难题的科学家坐不住了。他就是以自己研发仪器进行实验而著名的杨学明。杨学明找到上海应用物理所，希望双方能够合作开发新设备。 　　上海方面通过经验积累后也意识到，有把握将自由电子激光的波长从200纳米降到150纳米以内，并实现波长可调。于是双方一拍即合，经过几年论证，在2011年联合申请了国家自然科学基金委国家重大科研仪器设备专项。 　　1月20日，上海应用物理所宣布：由该所研究员赵振堂领导的自由电子激光研究团队在国际上率先实现了HGHG自由电子激光大范围波长连续可调。 　　“在这个项目中，大连化物所和上海应物所是完美结合。”戴东旭表示，上海光源的建成使上海应物所拥有了大科学工程的建设与管理经验，并掌握了大量的关键技术。 　　从“敢想”到“敢做” 　　据戴东旭介绍，自由电子激光在进入21世纪之后才开始兴旺发展起来。目前，几家研发自由电子激光的相关单位各有所长，其中一些在波长等指标方面较为领先，技术难度很高，但还没有一家可实现波长可调。 　　位于合肥的国家同步辐射实验室目前能提供国内真空紫外最好的实验条件，在过去曾协助杨学明课题组做出很好的实验成果。但同步辐射光源毕竟不是激光，在相干性、峰值功率和时间特性上尚存差异。 　　针对这些问题，大连化物所从实际需求出发提出要求，上海应用物理所在设计中将目标瞄准解决实验中的实际问题。 　　据悉，该项目的设备将主要由我国自主研发。“这项技术国外也处在发展阶段，有些特殊指标只能自己制造，从国外买设备也需要从头研制。”戴东旭说。 　　在1.4亿元的项目总预算中，国家自然科学基金委资助1.03亿元用于自由电子激光和实验装置的研制，中科院大连化物所自筹约0.4亿元用于基建和公用设施。该项目的科学目标是研制一套基于HGHG模式的波长可调谐的极紫外相干光源以及利用这一性能优越的光源的实验装置。这也将成为世界上独特的相关基础科学问题的实验平台。 　　据悉，目前经费已经到位，装置计划将于2015年年底前建成。而且会在全国实现仪器共享，可应用于物理、化学、生物、能源等多个领域。戴东旭说：“装置建成后，以前测不到的将能测到，以前不好的信号将变清晰，以前做不了的实验也敢做了。”

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大连化物所国家重大科研装备研制项目子项目顺利通过验收 　　5月17日，由中科院大连化物所承担的国家重大科研装备研制项目“深紫外固态激光源前沿装备研制项目”子项目——“深紫外拉曼光谱仪研制”和“深紫外激光光发射电子显微镜(PEEM)的研制”项目顺利通过中国科学院计划财务局主持的项目验收。验收委员会由来自清华大学、厦门大学、北京大学等机构的15位专家组成，清华大学朱静院士任组长。中科院计财局曹凝副局长、杨为进处长，项目总体部詹文山总经理，大连化物所所张涛所长及管理部门相关人员出席了项目验收会。 　　项目验收委员会首先听取了“深紫外拉曼光谱仪研制”项目负责人李灿院士的工作报告、测试组的测试报告、用户的使用报告以及财务组的财务审查报告，检查了仪器的运转情况，审核了相关材料。验收委员会认为，该项目利用我国自主研制的177.3nm深紫外激光光源，采用外光路椭圆反射收集镜和深紫外区170-400nm光谱响应的三联光栅成像单色仪，研制成功了国际上首台177.3nm深紫外区拉曼光谱仪，并首次实现了193-240 nm激发波长的连续可调。该谱仪已经初步应用于催化、材料、能源等领域的拉曼光谱研究，显示出了独特的优势。 　　验收委员会认为，研制的深紫外拉曼光谱仪各项性能达到了任务书的要求，仪器运转正常，完成了预定的研制任务。该谱仪的成功研制将推动我国深紫外拉曼光谱仪的发展及其在催化等领域的研究，进一步保持我国在国际催化表征研究和相关研究领域的领先地位。验收委员会一致同意通过验收，并建议项目组加强有关研究和仪器的下一步应用推广工作。 　　随后，项目验收委员会听取了“深紫外激光光发射电子显微镜(PEEM)的研制”项目负责人包信和院士的工作报告、测试组的测试报告、用户的使用报告以及财务组的财务审查报告，检查了仪器的运转情况，审核了相关材料。验收委员会认为，该项目首次将我国科学家自主研制的深紫外激光光源(DUV)应用于光发射电子显微镜(PEEM)的技术中，利用深紫外激光的高能量、高强度等特点获得了3.9 nm的空间分辨率，这是目前国际上报道的最高水平。同时在PEEM电子光学系统的研制中第一次引入镜面透镜的方式实现像差矫正功能，利用半球能量分析器进行光电子的能量选择，采用场发射电子枪用于低能电子显微成像和微区电子衍射，结合深紫外激光技术，使得该系统能够实现在高空间分辨条件下的表面化学和表面结构的动态原位研究，是一套世界领先并且功能独特的表面研究平台。 　　该系统已成功地应用于催化、材料、能源等领域的原位和动态观察，实现在变温和气氛条件下的表面过程研究，在某些领域中显示了不可替代的作用。验收委员会认为，该项目达到了项目任务书中规定的技术指标，全面完成了预定的研制任务。验收委员会一致同意通过验收。 　　深紫外固态激光源前沿装备研制项目研制过程采用中科院国家重大科研装备研制项目新型项目管理模式。本项目管理实现研究所法人负责制，由大连化物所各管理部门组成的项目管理工作组和项目实施工作组积极推进项目实施工作，同时，积极配合项目总体部和监理委员会派驻的项目监理组对项目实施过程的监督工作。研制项目实行研究所领导下的项目负责人责任制，项目负责人按《实施方案》中的进度安排及年度考核指标制定详细的工作计划，建立内部组织管理体系和工作进度管理体系，明确工作分解结构和组织分解结构，以及与之相适应的人员分工和协同关系，实行年度执行情况和重大事项报告制度，稳步推进项目的实施。验收委员会认为项目承担单位按照项目实施方案的要求，建立了有效的组织管理体系。资金管理规范，专款专用，使用合理，技术档案齐全。这两个项目的成功实施为我国其他重大科学仪器的研制和发展提供了借鉴。

中晟光电设备（上海）股份有限公司（以下简称中晟光电）早在 2016-2017 年就与国内深紫外 LED 领域处于领先地位的杰生半导体共同开发和产业化了首台国产深紫外 MOCVD 设备，ProMaxy® UV。近日，记者从中晟光电获悉，目前杰生半导体已有 4 台中晟光电深紫外 MOCVD 设备，用于消毒/杀菌医疗，白色家电，水净化等深紫外 LED 应用的大规模外延生产。 随着深紫外 LED 应用的不断推广，对功率转化效率，良品率，及生产成本等提出了更高的要求。针对深紫外 LED 外延生长 AlN（铝氮）的材料晶体质量，表面形貌特征，及裂纹控制，对提高功率转化效率和良品率具有重大的影响，中晟光电在ProMaxy® UV 自主创新的核心技术的基础上，对反应腔的温场控制，反应气体的传输及均匀分布等技术进行了进一步创新和优化，建立了既可外延生产高质量的 AlN 基板，又能扩大产能（至少 15x2），降低生产成本新的 MOCVD核心技术。为进一步降低设备成本和提高产能，中晟光电于又推出了可配置 4 个反应腔的ProMaxy® UV的机型。该机型既可每腔独立外延生产深紫外 LED 全结构，也能分腔集成外延生产 AlN 基板和 LED 结构。“我们率先评估验证了中晟光电新的 MOCVD 技术和多腔配置的机型，不仅获得了满足大规模生产所需的高质量 AlN 基板，而且显著提高了产能，降低了外延生产成本。“杰生半导体有限公司董事长康健说到，”杰生半导体很欣慰中晟光电能通过持续创新开发新技术和提供新机型满足深紫外 LED 规模生产日益增长的需要，是值得信赖的合作伙伴。“。目前国内多家客户均已采用了中晟光电新的 MOCVD 技术，获得了高质量、低成本的 AlN 基板，如表面特征 Rq0.5nm，边缘裂纹控制在2mm。中晟光电ProMaxy® UV 产品及新技术的突破获得国内客户和市场的认可，已成为 2020 年以来深紫外 LED 产能扩充和技术研发的主要机型，并获得了上海市高新技术成功转化项目证书。“我们还将会通过持续的创新，提供新的技术解决方案，来满足深紫外 LED 技术发展和规模生产不断增长的需求。” 中晟光电董事长陈爱华博士强调地说到，“我们为能和客户一起共同推动对人类健康、绿色环保等有广泛应用前景的深紫外 LED 产业发展深感荣幸和自豪。”

近日，中国科学院院士、中科院深圳先进技术研究院碳中和技术研究所(筹)所长成会明与副研究员丁宝福团队，联合清华大学深圳国际研究生院教授刘碧录团队、中科院半导体研究所研究员魏大海团队，首次发现了二维六方氮化硼(h-BN)液晶具有巨磁光效应，其磁光克顿-穆顿效应高出传统深紫外双折射介质近5个数量级，进而研制出稳定工作在深紫外日盲区的透射式液晶光调制器。 　　双折射是引起偏振光相位延迟的一个基本光学参数。有机液晶因双折射可受外场连续调制，而被广泛用作光调制器的核心材料。然而，传统有机液晶在深紫外光照射下吸收强且不稳定，液晶光调制器仅能工作在可见及部分红外光波段，无法工作在紫外及深紫外波段。同时，透射式深紫外光调制器在紫外医学成像、半导体光刻加工、日盲区光通讯等领域颇具应用前景。因此，发展一种在深紫外光谱区稳定、透明度高及具有场致双折射效应的新型液晶材料，有望推进透射式深紫外液晶光调制器的发展。 　　科研团队研制出一种基于二维六方氮化硼无机液晶的磁光调制器。研究采用的氮化硼二维材料具有极大的光学各向异性因子(6.5 × 10-12C2J-1m-1)、巨比磁光克顿-穆顿系数(8.0 × 106T-2m-1)、高循环工作稳定性(270次循环工作后性能保留率达99.7%)和超宽带隙等优点，同时二维六方氮化硼是通过“自上而下”的高粘度纯溶剂辅助研磨法剥离制备而成。由于超宽的带隙，二维六方氮化硼液晶在可见、紫外和部分深紫外光谱区具有颇高透明度。在磁场作用下，基于二维六方氮化硼液晶的磁光器件在正交偏振片下呈现出明显的磁控光开关效应。 　　科研人员通过观察入射光偏振态与磁场作用下液晶透射率关系的实验揭示了二维六方氮化硼在外场作用下顺磁场的排布方式。在入射光的偏振态被调整为平行和垂直于磁场的两种状态下，后者呈现较高的光透射率，间接印证了二维六方氮化硼纳米片平行于磁场方向排布。该研究针对层状二维六方氮化硼薄膜的磁化率各向异性测试揭示了面内易磁化方向，进一步证实了二维六方氮化硼纳米片顺磁场排布的物理机制。结合二维氮化硼纳米片的极大的光学各向异性，研究发现了二维六方氮化硼液晶的巨磁致双折射效应。 　　该研究选用波长处于深紫外UV-C日盲区的266 nm激光，测试二维氮化硼液晶在该光谱区的光学调制性能。通过开启和关闭0.8特斯拉的磁场，研究实现了该调制器在深紫外光波段的透明与不透明两种状态之间的切换。经过270个不间断开关循环测试后，性能的保持率达99.7%。 　　鉴于二维材料家族成员庞大、带隙覆盖宽，基于无机超宽带隙二维材料液晶的光调制器的光谱覆盖范围有望向更短深紫外波段延伸，促进液晶光调制器在深紫外光刻、高密度数据存储、深紫外光通讯和生物医疗成像重要领域的应用。 　　相关研究成果以Magnetically tunable and stable deep-ultraviolet birefringent optics using two-dimensional hexagonal boron nitride为题，发表在Nature Nanotechnology上。研究工作得到国家自然科学基金、科技部、广东省科学技术厅、深圳市科技创新委员会等的支持。六方氮化硼无机二维液晶及其磁控光开关效应 六方氮化硼无机二维液晶的磁致排列和磁致双折射效应表征基于六方氮化硼无机二维液晶的深紫外光调制器性能研究及对比

目前，我国深紫外光电探测技术由于受传统器件结构等限制，仍存在易受环境影响、光电性能较差、器件响应速度和信号利用率难以兼顾等问题。　　近日，合肥工业大学电子科学与应用物理学院科研团队，成功研发出新型深紫外光电探测器，开创性地将透光性好、电子迁移率高且电阻率低的电子材料石墨烯和高质量β -氧化镓单晶片引入深紫外光电探测器中，并提出一种全新的器件MSM结构，实现了对半导体与金属电极接触性能的大幅提升。器件光谱响应分析结果表明，该器件具有优异的光谱选择性，在深紫外光区域响应非常明显。器件性能分析结果则显示，该器件能够在深紫外光区域的光电转化效率及探测率大幅度提升。该深紫外光电探测技术将在刑侦检测、电网安全监测、森林火灾告警等领域应用前景广阔。

深紫外激光具有波长短、光子能量高等优点，因而在高分辨率成像、光谱应用、微细加工等诸多领域具有重要的应用价值，利用深紫外非线性光学晶体进行变频是获得深紫外激光的主要手段。优良的深紫外非线性光学晶体既要具有大的非线性光学效应，又要具有短的紫外吸收边，而这两种性能在某种程度上是相互冲突的，这就需要在两者之间达到一个微妙的平衡。目前，已知的深紫外非线性光学晶体几乎都是硼酸盐，基于磷酸盐的深紫外材料极为少见且非线性光学效应较弱。 　　在国家基金委优秀青年基金及科技部&ldquo 973&rdquo 重大研究计划等项目的支持下，中国科学院福建物质结构研究所中科院光电材料化学与物理重点实验室罗军华课题组引入较大尺寸的碱土金属和碱金属阳离子到磷酸盐中，成功构建了两个不含对称中心的新型磷酸盐化合物RbBa2(PO3)5和Rb2Ba3(P2O7)2。其中，RbBa2(PO3)5兼具深紫外磷酸盐中最短的紫外吸收边(163 nm)和最大的粉末倍频效应(1.4倍KDP)，从而在这两者之间实现了很好的平衡。同时，RbBa2(PO3)5在1064 nm处相位匹配，同成分熔融，易于晶体生长，这使得RbBa2(PO3)5作为深紫外非线性光学材料具有潜在应用前景。此外，该课题组与中科院理化技术研究所林哲帅研究员合作对相关磷酸盐的光学性质作了理论计算，发现随着磷氧结构基元中[PO4]3-单元聚合程度的提高，相应磷氧结构基元的微观非线性光学系数增大 在RbBa2(PO3)5晶体结构中，[PO4]3-单元共顶点连接形成无限的一维[PO3]&infin 链，从而使RbBa2(PO3)5显示出较大的非线性光学活性，这一工作为设计具有高非线性光学活性的深紫外磷酸盐材料提供了新思路。相关研究成果发表在了《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc.，2014, DOI: 10.1021/ja504319x)上。 　　最近，该课题组在非线性光学材料探索及其倍频机制研究方面取得了一系列进展，相关成果见Nat. Comm., 2014, 5:4019DOI: 10.1038/ncomms5019 Inorg. Chem., 2014, 53, 2521 J. Mater. Chem. C, 2013, 1, 2906 RSC Adv., 2013, 3, 14000等。此前，该课题组在相关极性分子光电功能晶体材料研究方面取得了重要进展，相关成果见Adv. Mater.,2013, 25, 4159 Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 3871 Adv. Funct.Mater.,2012, 22, 4855等。　　 福建物构所深紫外非线性光学晶体材料研究获进展