作者:记者 唐琳综合报道 来源: 发布时间:2018-11-13 17:9:39
陈创天和他的“中国牌晶体”

 
提到“技术封锁”和“产品禁运”,人们总觉得这是发达国家的“专利”。但鲜少有人知道,在高技术领域,中国也曾对美国说“不”。
 
一块自主研发的“中国牌晶体”,将中国送上了深紫外固体激光领域的“神坛”,也让美国在技术突破中苦苦挣扎了十年之久。
 
这位让美国尝到“被垄断”滋味的中国科学家,就是刚刚离我们而去的中国科学院院士、我国人工晶体学界的学术泰斗陈创天。
 
科学为器 报效祖国
 
1937年2月18日,陈创天出生在浙江奉化一个知识分子家庭。从小陈创天就对数学产生了浓厚的兴趣,高中时最喜欢的科目便是数学和物理。一个偶然的机会,陈创天接触到了“以太论”,这使得他和物理结下了不解之缘。
 
1956年8月,陈创天以优异的成绩考入北京大学物理系物理学专业。在北大求学的6年中,严格的基础教育、优良的师资、浓厚的科学研究氛围和民主的学风,使陈创天得到了世界一流的训练,奠定了坚实的专业基础。
 
也是在那时,陈创天确定了自己的人生追求和科研探索信念。“那时我们的科学还比较落后,所以我们就抱定一个目标,要通过我们自己的努力,为国家在科学事业上打个翻身仗,要进入到国际最先进的方面去。”
 
1962年自北大毕业后,陈创天被分配到当时的中国科学院福建物质结构研究所工作。到了决定研究方向时,一个抉择摆在了陈创天面前。当时研究所在晶体材料方面主要有两个方向:一个是激光材料,一个是非线性光学材料。最终经过慎重考虑,陈创天选择了后者。
 
1968年,陈创天提出,非线性光学效应是一种局域化的效应,是组成晶体的基本结构单元——阴离子基团的微观倍频系数的几何迭加,阴离子基团的微观倍频系数可以通过阴离子基团的局域化、量子化学轨道波函数,通过二级微扰理论算出来。这就是国际上著名的非线性光学效应的阴离子基团理论。
 
当时研究所的计算条件非常艰苦,只有一个手摇的计算机,为此陈创天整整花了一年时间才完成计算。倘若放在今天,“大概只需要一、两分钟就可以算完了”。
 
陈创天正式进行非线性光学材料的探索工作是在1977年。但在决定结构选型时,陈创天又遇到了不小的困难。
 
最初,陈创天将目光聚焦到了氧八面体上,但当时包括贝尔实验室在内的一些美国研究机构和企业,已经率先启动了这一领域的研究。经过一段时间的摸索后,陈创天等人意识到,跟着别人后面做研究是没有出路的。于是,紫外光谱区的非线性光学晶体研究成为了陈创天的最终选择。
 
1979年,在研究组的共同努力下,陈创天开始在硼酸盐化合物体系中探索新型非线性光学晶体,发现(B3O6)基团是一个较为理想的探索新一代非线性光学晶体的基本结构单元。
 
1980年,陈创天研究组在中国科学院物理研究所梁敬魁院士研究组的帮助下,确定了所发现的具有很强非线性光学效应的硼酸钡化合物是低温相偏硼酸钡,其化学分子式为β-BaB2O4,简称BBO。
 
随后两年,陈创天带领团队在BBO上再度取得突破——使用熔剂生长法,在世界上首次成功生长出厘米级尺寸的BBO单晶体,也就是如今国际同行口中的“中国牌晶体”。
 
1986年,在美国旧金山召开的国际量子电子学和CLEO会议上,陈创天报告了BBO 的性能。报告结束后,会场一半的参会人员跟着他一起出去,想要进一步了解 BBO的情况,导致后来的会议无法继续。这种情况在美国量子电子学会议上是极少见的。
 
1987年,陈创天团队发现并生长出第二块“中国牌”非线性光学晶体三硼酸锂(LiB3O5),也就是LBO。LBO有适当的硬度和良好的机械加工性能,潮解性能良好,已经能够长出大尺寸、高质量的单晶,一经问世就获得了国际激光科技界和工业界的广泛认可。
 
创新不厌 诲人不倦
 
20世纪80年代末到90年代初,在非线性光学晶体方面,BBO已经能够解决紫外谐波光有效功率输出,KTP加上LBO已经可以解决可见光波段谐波光输出问题,剩下的就是深紫外,即激光波长要短于200nm。然而当时已有的优质非线性光学晶体都做不到这一点。
 
于是,经过反复计算和思考,陈创天又开始了新型非线性光学晶体的探索之路。1990年,陈创天领导的课题组成功制造了世界上第一块氟代硼铍酸钾晶体(KBBF),并利用该晶体首次实现深紫外激光输出,打破了国际激光界长期以来的“200nm壁垒”。
 
在此之后,陈创天带领团队再接再厉,通过与其他研究人员相互配合,发明了KBBF晶体棱镜耦合技术,获得中、美、日专利授权,保障了中国在深紫外固体激光方面的国际垄断地位。而由他担任首席科学家的国家重大科研装备研制专项“深紫外固态激光源前沿装备”的完成,更使我国成为目前世界上唯一能够制造出实用化、精密化全固态激光器并成功应用于前沿装备的国家。
 
2009年,KBBF被禁止出口,成为“我国在高技术领域对美国说‘不’的第一件事情”。
 
半个多世纪以来,陈创天始终潜心无机功能晶体材料研究,立足原始创新,兼顾国家需求和世界科学前沿,攻坚克难、锐意创新,取得了多项世界级创新性成果,引领和带动了国际非线性光学晶体学科发展,推动了非线性光学晶体的实用化和商业化,促进了激光技术的发展。
 
于非凡业绩之外,他以民族复兴和国家强盛为己任,以社会整体利益为价值取向的高尚品格,更是赢得了国内外同行的尊敬和爱戴。
 
当被问到取得成功的原因有哪些时,陈创天反复强调“搞科研一定不能功利主义”。他自年轻时就坚持每天工作至少12个小时,无论是在困难时期还是在“文革”时期,始终不曾间断。
 
之所以能够几十年如一日地坚持不懈,在陈创天看来,“一个主要的信念就是通过努力为国家的科学事业作贡献”。“按照我们的话讲,国家、集体一定要放到第一位,个人第二位,个人利益要放在国家利益、集体利益之下。”
 
此外,陈创天治学严谨、诲人不倦,以渊博精深的专业学识和正直的人格魅力吸引了莘莘学子投身门下,培养了多名两院院士及“杰青”“百人计划”入选者,培养研究生近百人。
 
“陈创天先生是国际著名的、人工晶体的学术泰斗,他研究的‘中国牌晶体’能够对西方国家实行禁运,成为我国晶体界的骄傲!他直抒己见、真诚无私地提携后学,成为我们学习的楷模。他的逝世,是我国晶体界的巨大损失,愿先生一路走好!”中科院上海硅酸盐研究所研究员罗豪在怀念陈创天的文章中这样写道。■
 
《科学新闻》 (科学新闻2018年10月刊 特别报道)
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