中科院工作人員在觀察深紫外全固態(tài)激光源平臺(tái)的運(yùn)行情況。
近日，我國(guó)成功自主研制出8臺(tái)深紫外固態(tài)激光源裝備，不僅是全球首創(chuàng)，有望使我國(guó)科學(xué)家在一系列前沿探索中占據(jù)主動(dòng)，更能推進(jìn)我國(guó)尖端科研設(shè)備產(chǎn)業(yè)化。
我國(guó)成為世界上唯一能夠制造實(shí)用化深紫外全固態(tài)激光器的國(guó)家
深紫外激光波段（DUV）是指波長(zhǎng)短于200納米的光波，具有能量分辨率高、光譜分辨率高、光子通量密度大等特點(diǎn)。深紫外激光技術(shù)在物理、化學(xué)、材料、生命等領(lǐng)域有重大應(yīng)用價(jià)值。然而，“缺乏實(shí)用化、精密化激光源，影響了DUV科研裝備和前沿研究的發(fā)展。”中科院理化所研究員、“深紫外固態(tài)激光源前沿裝備研制”項(xiàng)目首席科學(xué)家許祖彥院士說(shuō)。
要產(chǎn)生深紫外波段激光，關(guān)鍵是找到合適的非線性光學(xué)晶體。在科學(xué)界，200納米常被形容為一堵“墻”，誰(shuí)突破了這堵墻，就可能在深紫外重大前沿裝備及相關(guān)領(lǐng)域的探索中占據(jù)制高點(diǎn)。
經(jīng)過(guò)10余年努力，中科院的科研人員在國(guó)際上首先生長(zhǎng)出大尺寸氟硼鈹酸鉀晶體（KBBF）。經(jīng)測(cè)試，該晶體是第一種可用直接倍頻法產(chǎn)生深紫外波段激光的非線性光學(xué)晶體。許祖彥院士研究組與陳創(chuàng)天院士研究組合作，在此基礎(chǔ)上發(fā)明了KBBF晶體的棱鏡耦合技術(shù)，即無(wú)需按照匹配角斜切割，即可實(shí)現(xiàn)激光倍頻輸出。
KBBF晶體的棱鏡耦合技術(shù)，使獲取實(shí)用化的激光源器件成為可能。該技術(shù)已經(jīng)獲得中、美、日3國(guó)發(fā)明專利授權(quán)，保證了我國(guó)在深紫外激光輸出的全球領(lǐng)先地位。
隨著晶體和器件制造的突破，我國(guó)科學(xué)家在全固態(tài)激光領(lǐng)域首次打破200納米這個(gè)壁壘， 搭建了深紫外非線性光學(xué)晶體與器件和深紫外全固態(tài)激光源兩個(gè)平臺(tái)，我國(guó)也因此成為世界上唯一能夠制造實(shí)用化深紫外全固態(tài)激光器的國(guó)家。
8臺(tái)科學(xué)裝備屬國(guó)際首創(chuàng)，部分產(chǎn)品將進(jìn)行一定的產(chǎn)業(yè)化探索
實(shí)用化的深紫外全固態(tài)激光源設(shè)備出現(xiàn)之前，獲取小于200納米的深紫外波段，主要依靠同步輻射和氣體放電等非相干光源。這些光源雖有波長(zhǎng)短、波段寬的優(yōu)勢(shì)，但設(shè)備造價(jià)高昂，而且存在能量分辨率低、光子通量小、密度低等不足，不能滿足深紫外波段前沿科學(xué)裝備發(fā)展的需求。
“一些同步輻射裝備，花費(fèi)近億元，體積也非常大，實(shí)用性比較差；深紫外全固態(tài)激光器不僅大大降低了儀器成本，還有更好的性能。”許祖彥說(shuō)。經(jīng)過(guò)3年多的努力，我國(guó)科學(xué)家在國(guó)際上首次研制成功8臺(tái)實(shí)用化、精密化的深紫外固態(tài)激光源裝備。
這8臺(tái)科學(xué)儀器是：深紫外激光拉曼光譜儀、深紫外激光光化學(xué)反應(yīng)儀、深紫外激光光發(fā)射電子顯微鏡、深紫外激光光致發(fā)光光譜儀、深紫外激光自旋分辨角分辨光電子能譜儀、光子能量可調(diào)深紫外激光光電子能譜儀、深紫外激光原位時(shí)空分辨隧道電子譜儀以及基于飛行時(shí)間能量分析器的深紫外激光角分辨光電子能譜儀。
許祖彥介紹，這8臺(tái)機(jī)器，不僅在裝備上是國(guó)際首創(chuàng)，性能指標(biāo)也國(guó)際領(lǐng)先，并實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵指標(biāo)的突破。目前，這8臺(tái)科學(xué)儀器已經(jīng)在石墨烯、高溫超導(dǎo)、拓?fù)浣^緣體、寬禁帶半導(dǎo)體和催化劑等的研究中獲得了重要結(jié)果。比如，利用深紫外激光光發(fā)射電子顯微鏡對(duì)石墨烯開(kāi)展研究，為石墨烯等光電子材料發(fā)展和應(yīng)用提供有力的研究手段；利用光子能量可調(diào)深紫外激光光電子能譜儀，首次將光子能量連續(xù)可調(diào)深紫外激光應(yīng)用到光電子能譜儀，可在變激發(fā)波長(zhǎng)條件下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高能量分辨、角分辨和體效應(yīng)觀測(cè)功能。