中科院工作人員在觀察深紫外全固態(tài)激光源平臺的運行情況。
近日，我國成功自主研制出8臺深紫外固態(tài)激光源裝備，不僅是全球首創(chuàng)，有望使我國科學(xué)家在一系列前沿探索中占據(jù)主動，更能推進我國尖端科研設(shè)備產(chǎn)業(yè)化。
我國成為世界上唯一能夠制造實用化深紫外全固態(tài)激光器的國家
深紫外激光波段（DUV）是指波長短于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。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)用價值。然而，“缺乏實用化、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”項目首席科學(xué)家許祖彥院士說。
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。
經(jīng)過10余年努力，中科院的科研人員在國際上首先生長出大尺寸氟硼鈹酸鉀晶體（KBBF）。經(jīng)測試，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)，即無需按照匹配角斜切割，即可實現(xiàn)激光倍頻輸出。
KBBF晶體的棱鏡耦合技術(shù)，使獲取實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國發(fā)明專利授權(quán)，保證了我國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，我國科學(xué)家在全固態(tài)激光領(lǐng)域首次打破200納米這個壁壘， 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)激光源兩個平臺，我國也因此成為世界上唯一能夠制造實用化深紫外全固態(tài)激光器的國家。
8臺科學(xué)裝備屬國際首創(chuàng)，部分產(chǎn)品將進行一定的產(chǎn)業(yè)化探索
實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。這些光源雖有波長短、波段寬的優(yōu)勢，但設(shè)備造價高昂，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，花費近億元，體積也非常大，實用性比較差；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。經(jīng)過3年多的努力，我國科學(xué)家在國際上首次研制成功8臺實用化、精密化的深紫外固態(tài)激光源裝備。
這8臺科學(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、深紫外激光原位時空分辨隧道電子譜儀以及基于飛行時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臺機器，不僅在裝備上是國際首創(chuàng)，性能指標(biāo)也國際領(lǐng)先，并實現(xiàn)了關(guān)鍵指標(biāo)的突破。目前，這8臺科學(xué)儀器已經(jīng)在石墨烯、高溫超導(dǎo)、拓撲絕緣體、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)射電子顯微鏡對石墨烯開展研究，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)波長條件下，同時實現(xiàn)高能量分辨、角分辨和體效應(yīng)觀測功能。