封锁美国15年,中国光刻机一核心部件禁止出口,至今未被超越

2025-01-02 14:30  头条

2016年,美国对外高调宣布,经过15年追赶,终于研制出"中国牌晶体",远超中国。可事实并非如此。

当年我国研制出这种晶体时,美国以促进中美科研合作为由,要求共享,遭到拒绝后,美国扬言,不久就能超越中国。

15年过去,美国对自己的研究成果颇为满意,可他们没想到,我国的技术早已升级,终究还是领先一步。

这块让美国求之不得的小小"中国牌晶体"究竟是什么,我国是如何做到领先的?

中国牌晶体

这块美国梦寐以求的"中国牌晶体",叫做"氟代硼铍酸钾晶体",简称"KBBF晶体"。

KBBF晶体的特别之处在于,它是非线性光学晶体家族中,唯一能直接倍频产生深紫外激光的晶体。

简单说,它是唯一能将普通激光转化为深紫外波长激光的晶体。

深紫外激光,是一种波长仅为176纳米的超短波长激光,常被应用于科研、工业、国防等重要领域。

KBBF作为深紫外固体激光器的核心部件,影响各大领域,特别是国防武器方面。

了解到它的重要性,我国在2009年宣布停止对外提供KBBF晶体,引发热议。

当时Nature 杂志有一篇《中国藏起了这种晶体 - China's crystal cache》,专门研讨中国对外封锁KBBF晶体的事。

不过任凭外界如何议论,我国始终牢牢握住这项技术,这使得美国想要赶超中国尤为困难。

2016年,美国声称突破了KBBF晶体技术,令他们没想到的是,早在2015年8月,我国就研制出了新一代的晶体。

也就是说,美国苦心钻研15年,最终只赶超我国已淘汰的晶体,我国领跑世界的状况,丝毫没有改变。

能够在KBBF晶体上拿捏美国,离不开陈创天院士和他的研究团队所做出的贡献。

陈创天团队研发出来的"中国牌晶体",除了KBBF晶体外,还有BBO、LBO晶体,以及棱镜耦合技术。

陈创天

2013年8月14日,国际晶体生长协会为陈创天颁发了Laudise 奖,这是国际晶体协会的最高奖项,他也是中国第一个获得此奖的科学家。

如今陈创天院士离我们远去,但当年他为中国铺平的道路,现在走在上面仍可稳步向前,领先世界。

只是,如今的辉煌令人称颂,曾经的艰辛又有谁知?

艰难诞生

陈创天与物理学结缘,要从一堂课说起,当时老师声情并茂地讲解着"以太论",各种新奇的观点,深深吸引到了他。

课后,物理老师告诉陈创天,想要解决引力场的机理问题,就必须学习物理。

陈创天谨记老师的教诲,高考时以优异的成绩考入北京大学物理系,在这里,他得到了黄昆、王竹溪、杨立民、胡宁等著名学者的教育,专业技能登堂入室。

1962年,怀揣梦想的陈创天毕业了,在胡宁教授的推荐下,他到中科院华东物质结构研究所工作。

这个研究所位于福建,属于偏远地区,又是新组建起来的,很多人都不怎么愿意去,但陈创天想,支援边疆也算是为国贡献,便欣然前往。

在这里,他跟着著名物理化学家卢嘉锡学了3年化学,为后来的研究打下坚实基础。

卢嘉锡

1965年,陈创天正式向非线性光学材料领域进军,得到了卢嘉锡的支持。

在之后1年时间里,陈创天完成了非线性光学材料的结构,与非线性光学效应之间的理论推导。

又是1年,他算出了钛酸钡晶体的非线性系数,随后,其它晶体的非线性光学系数,也先后算出。

1968年,陈创天提出了阴离子基因团理论,也就是著名非线性光学效应理论。

因为历史原因,这个将带来巨大改变的成果,成了他一个人的自娱自乐。理论研究搞不了,陈创天只能留在实验室"拉晶体"。

在此期间,他参与了非线性光学晶体生长和性能测试的工作,理论研究落下了,实验研究也算有所收获。

在那个特殊时期,我国科学事业并非停滞不前,而是在艰难求生。

1974年,卢嘉锡院士甘冒风险,召集仁人志士在福州召开了全国晶体生长学术会议。

会上,参会者深感国内在晶体材料领域的艰难处境,达成共识,必须团结一致,制造出属于自己的晶体。

阴霾总算过去,科学又迎来生机。

1977年,卢建锡将希望寄托在陈创天身上,将他任命为非线性光学材料探索组组长,开始了研究工作。

1978年3月,邓小平主持召开了全国科学大会,制定科学的发展规划,奖励优秀的科学家。

在困难时期坚持研究的陈创天,成了福建科学家们的代表,上台领奖时,迎得掌声不断。

享誉世界

功夫不负有心人,1979年,陈创天和他的团队发现了低温相偏硼酸钡(简称BBO)。

陈创天认为这种材料十分珍贵,朝此研究3年,最终确定,这就是一种非常合适的紫外线非线性光学晶体。

这一发现,在1986年旧金山召开的一场激光电光会议上,引起了当时一百多名科学家的注意。

会议过后,BBO晶体得到国际学术界认可,成为优秀的非线性光学晶体。

BBO晶体风头还没过去,陈创天又发现了LBO晶体,因为这两种晶体都是这个科学家发现的,所以国际学术界将其命名为"中国牌晶体"。

两种晶体连连获奖,得到人们的认可。可我国到1985年才有了专利法,1984年发表的BBO没占到先机,反倒是后来发表的LBO,成为我国第一个有自主知识产权的非线性光学晶体。

1988年,国内首家晶体公司--福建晶体技术开发公司成立,两种晶体完成产业化,LBO晶体迅速占了全球80%的份额。

两种晶体虽然畅销,但一直存在一个缺点,不能实现深紫外倍频光输出。

陈创天团队对于这一缺点,进行专项研究,在1990发现了能够弥补两种晶体缺点的材料,也就是后来领先美国15年的 KBBF晶体。

KBBF晶体虽弥补了BBO和LBO无法实现深紫外倍频光输出的缺点,但也存在一个明显缺陷,由于本身有层状习性,晶体在z方向不易长厚。

为了解决这一问题,陈创天团队先后与山东大学晶体所蒋民华院士研究组、中科院物理所许祖彦院士研究组合作,提出了 KBBF 棱镜耦合技术。

按照这个方向,研究团队制造出了棱镜耦合倍频器件,解决了KBBF晶体在Z方向不易长厚的问题。

kbbf棱镜耦合器件

我国KBBF晶体研制成功后,美国立刻前来交涉,希望中国能将科研成果共享,以此促进两国科研的交流合作。

对于这样的要求,我国断然拒绝,美国碰了一鼻子灰,扬言用不了多少时间,定能超越中国。

美国确实说到做到,成功研发出了这项技术,不过他所超越的,是15年前的中国。

今日关注
更多