他讓中國牌晶體譽享全球，KBBF晶體領先美國15年

中國共產黨優秀黨員、著名材料學家、中國科學院院士、第三世界科學院院士、中國科學院理化技術研究所研究員陳創天先生，因病醫治無效，於2018年10月31日9時57分在北京逝世，享年82歲。

2009年美國 Nature 雜誌文章《中國藏起了這種晶體 - China's crystal cache》報導中國禁運 KBBF 晶體，評價 “A Chinese laboratory is the only source of a valuable crystal.”，來自中國的一個實驗室是這種貴重晶體的唯一來源。

兩年前，在互聯網上曾經有過這麽一篇新聞引起了人們的廣泛討論——《整整 15 年：美國終於打破中國這項技術封鎖》。第一眼看到這個標題，很多人肯定下意識地懷疑它，是不是辣雞小編又在標題黨？也有人抖機靈「難道美國把中國的長城給拆了」？然而實際上，中國在非線性晶體和雷射晶體領域領跑全球早就不是這一兩年的事情。在 2009 年，中國宣布停止對外提供 KBBF 晶體，這種晶體正是眾多實驗設備中搭建過程中所需要的深紫外固體雷射器的核心部件。Nature 雜誌上還以《中國藏起了這種晶體- China's crystal cache》為題，專門討論此事。

這一切，都要從陳創天院士長官的研究組和合作者發明的“中國牌晶體”說起。

提起陳創天的名字，對大多數人而言是陌生的，但在晶體研究領域，這可是一個響當當的名字。他提出的“晶體非線性光學效應的陰離子基團理論”在國內外學術界得到高度評價，被國內外的同領域科學家接受並成功地用於指導新型非線性光學材料的探索研究。

陳創天院士長官的研究組和合作者相繼發明了被譽為“中國牌晶體”的非線性光學晶體BBO、LBO。經過 20 多年努力，他和科研團隊在國際上首次生長出可直接倍頻產生深紫外雷射非線性光學晶體，並發明棱鏡耦合技術，率先發展出實用化的深紫外固態雷射源。其中 Nd:YVO4雷射的 6 倍頻光源已成功的應用於超高分辨率光電子能譜儀，並首次直接觀察到超導體在超導態時的超導能隙。而達到深紫外波段的 KBBF 晶體技術，領先了美國 15 年。2013 年 8 月 14 日，陳創天院士獲得國際晶體生長協會最高獎之一——Laudise 獎。這是中國科學家獲得的首個國際晶體生長協會最高獎。

回顧求索之路

1937 年 2 月 18 日，陳創天出生於奉化鬥門頭的一個知識分子家庭，自幼對自然科學有著濃厚的興趣。高中時，陳創天的物理老師在課上講解“以太”論，曾說引力場是一種物質，通過這種物質，物體之間會產生引力。這種當時頗為新奇的觀點讓陳創天產生了強烈的好奇心。正是這種好奇心，促使陳創天一輩子跟物理打上了交道。這位物理老師曾告訴陳創天，要解決引力場的機理問題，一定要學物理，特別是理論物理，這是陳創天決心報考北京大學物理專業的重要原因之一。

1956 年，陳創天參加高考，而這一年，黨中央提出了向科學進軍，使得這一年成為中國現代科學技術發展史上具有裡程碑意義的一年。陳創天以第一志願考入了錄取分數線全國最高的北京大學物理系，師從黃昆、王竹溪、胡寧、楊立民、郭敦仁、褚聖麟等著名學者。這種嚴格的基礎教育、優良的師資、濃厚的科學研究氛圍、民主的學風，使陳創天接受到國際一流的訓練。

1962 年，陳創天大學畢業，胡寧教授推薦他去剛組建的中科院華東物質結構研究所（現改名為福建物質結構研究所），跟隨我國著名物理化學家、化學教育家盧嘉錫院士學習。儘管當時相對於北京來說，福建是對台前線、是偏遠地區，但陳創天一想，這也是為了響應黨的號召支援邊疆呀！於是他服從組織安排去了福建，在盧嘉錫的指導下，開始了3年化學方面的學習，在理論化學方面打下了堅實的基礎。

1965 年，經過慎重考慮，陳創天選擇非線性光學材料結構和性能之間的關係作為研究方向，並得到盧嘉錫的支持。在此後兩年多時間裡，陳創天採用量子化學方法，對非線性光學材料的結構與非線性光學效應之間的相互關係進行了大量的理論計算，花費1年多時間完成了理論推導工作，又用 1 年的時間通過手搖電腦進行計算，首先算出了鈦酸鋇晶體的非線性系數，後來又算出其他一些晶體的非線性光學系數，到1968年初步形成了晶體非線性光學效應的陰離子基團理論框架。

1968 年，陳創天提出，非線性光學效應是一種局域化的效應，是組成晶體的基本結構單元———陰離子基團的微觀倍頻系數的幾何迭加，陰離子基團的微觀倍頻系數可以通過陰離子基團的局域化、量子化學軌道波函數，通過二級微擾理論算出來。這就是國際上著名的非線性光學效應的陰離子基團理論。

但同一年，文化大革命到了高潮時期，所有學術刊物都被停刊。他計算出結果後，既無人討論，也不能發表，工宣隊甚至告誡他“理論計算也被看成是修正主義，必須停止”。陳創天面臨著被重新安排工作的兩種選擇：要麽下鄉參加勞動，要麽去實驗室“拉晶體”。為了使研究工作不至於中斷，陳創天選擇了留在實驗室。不過他得暫時放棄理論研究，轉向實驗研究——也就是參與非線性光學晶體生長工作和性能測試的工作，這項工作一直堅持到 70 年代中期。

也正是如此的堅持，1978 年 3 月，在鄧小平親自主持召開的全國科學大會上，陳創天被推選為先進個人，並以福建省代表的身份上台領獎。全國科學大會的召開，對我國科技發展有著裡程碑式的意義，改革開放的春風也給陳創天帶來了科學研究事業的春天。

“中國牌晶體”走向世界

1974 年，在盧嘉錫院士的帶領下，物構所冒著風險在福州召開了全國晶體生長學術會議。在會上，參會者們提出現在世界上所有的非線性光學晶體材料都是國外發現的，國內科研總是跟著國外走。為了改變這一狀況，必須自己創新，一定要有自己晶體。但限於當時國內的科研條件不佳，以及以往所有晶體材料都是貝爾實驗室那樣的國際頂尖的科研部門搞出來的，大家都有些信心不足。當時盧嘉錫教授說了一句話“我不下地獄，誰下地獄”。會後，物構所上下一心，決心要做就做自己的晶體材料。

1977 年陳創天正式被盧嘉錫所長任命為非線性光學材料探索組組長，開始了系統的探索。1979 年他們發現低溫相偏硼酸鋇，也就是—BaB2O4（簡稱BBO），陳創天認為這可能是一個新的非線性光學晶體。在此基礎上，又經過 3 年的鑽研，終於確定 BBO 晶體是一個很有應用前景的紫外非線性光學晶體。

1986 年 5 月，在舊金山召開的雷射電光會議上，陳創天代表中科院福建物質結構研究所和斯坦福大學應用物理系作了有關 BBO 晶體非線性光學性能的報告，引起了轟動，一百多人參加的會議，卻有四五十人來詢問情況。這次會議後，BBO 晶體正式被國際學術界認可為一個優秀的非線性光學晶體。兩年後陳創天又報告發現了LBO（LiB3O5）晶體。由於 BBO、LBO 晶體是首先由中國科學家發現的，而且性能優異，具有很好的應用前景，因此國際上被譽為“中國牌晶體”。

1986 年 BBO 晶體獲中科院科技進步特等獎，LBO 晶體獲 1990 年中科院發明一等獎，1991 年國家發明一等獎。BBO、LBO 晶體還分別於 1987、1989 年獲美國光電子產業界頒發的十大光電子產品獎。陳創天也先後獲得 1987 年第三世界科學院化學獎和 1990 年 Laser Focus World《雷射集錦》雜誌頒發的工業技術成就獎。目前，這兩種晶體作為雷射頻率轉換晶體材料已經在雷射高科技產業中得到廣泛的應用，是目前具有工業應用價值的三個非線性光學晶體中的兩個。

福晶科技生產的 LBO 晶體

90 年代後，陳創天開始將晶體技術進行產業化。由於 BBO 發表於 1984 年，但 1985 年我國才有了專利法，因此 LBO 才有專利，也是我國第一個有自主知識產權的非線性光學晶體。1988 年，中國科學院福建物質結構研究所批準成立中科院福建晶體技術開發公司，這是國內第一家晶體公司，也是今天的福建福晶科技股份有限公司的前身。完成產業化之後，LBO 晶體的銷量曾一度超過全球市場份額的 80％。

為了改善全國晶體材料研究布局，1999 年北京人工晶體研究與發展中心成立，隸屬中科院理化技術研究所。陳創天擔任北京人工晶體研究發展中心主任。

探索不息 國際領先

在 BBO、LBO 晶體實現產業化後，陳創天和他的研究團隊並沒有停止研究的步伐，他們針對這兩種晶體不能實現深紫外（指波長短於 200nm）倍頻光輸出的缺點，運用分子工程學方法，於 1990 年發現了 KBBF（KBe2BO3F2）晶體。此晶體的發現彌補了 BBO 和 LBO 兩種晶體不能實現深紫外倍頻光輸出的缺點，從而使得非線性光學晶體推向了深紫外波段。然而，KBBF 晶體具有嚴重的層狀習性，晶體在Z方向不易長厚。

從 2001 年開始，陳創天研究組和山東大學晶體所蔣民華院士研究組合作，在 KBBF 單晶生長技術上獲得突破，隨後陳創天研究組進一步同中科院物理所許祖彥院士研究組合作，首次提出 KBBF 棱鏡耦合技術，並製作成功光接觸 KBBF－CaF2棱鏡耦合倍頻器件，從而克服了 KBBF 晶體沿 Z 方向不易長厚的缺點。此項專利技術已獲得中、美、日三國專利權，美國直到 2016 年才掌握 KBBF 晶體的相關技術。

在此基礎上，陳創天帶領研究組又與東京大學物性所 Watanabe 教授長官的研究組合作，在國際上首次實現了 Nd:YVO4雷射的六倍頻諧波光輸出，初步滿足了科學家為建造一台超高分辨率光電子能譜儀所需要的雷射光源。

福晶科技生產的 Nd:YVO4雷射晶體

隨後，他們進一步利用日方的光電子發射接收技術和瑞典 Scienta 公司半球光電子能譜分析儀，成功地建造了分辨率達到國際最高的能譜儀。

2006 年底，中國科學院物理研究所和理化所合作，使用 KBBF 棱鏡耦合器件，進一步研製成功超高分辨角分辨光電子能譜儀，能同時高精度的測量電子在固體中的能量和動量，這進一步增強了雷射超高分辨率光電子能譜儀對研究高溫超導體和其他固體中電子奇異特性的功能。這一重大科研成果引起了世界同行的高度關注。美國幾家重要研究實驗室和大學，例如 IBM 公司、斯坦福大學，布魯克海文國家實驗等都已向中科院來函，要求提供 KBBF 棱鏡耦合器件。

2013 年，陳創天院士與東京大學物性所繼續合作，使用直接倍頻方法，獲得了狹帶寬穩定的 W 級 193 nm 平均功率輸出。這些實驗結果的取得，將對未來雷射能譜儀的發展、光刻技術、雷射精密加工、生物基因工程的發展起到非常重要的作用，是我國在無機非線性光學晶體領域繼續保持國際領先水準的重要保證。

研究領域

陳創天院士的主要研究領域是光電功能晶體材料。光電功能晶體是光電子技術領域的重要基礎材料。利用光電功能晶體能對光波進行頻率、偏振、幅度等調控，被稱為“光學半導體”。這類晶體在資訊、雷射高技術、醫療、國防等領域有重大應用價值。

陳創天院士在光電功能晶體材料研究領域的主要研究內容包括：

1．晶體材料結構與性能研究；

2．功能晶體材料的分子設計；

3．新型非線性光學和電－光材料探索與生長；

4．晶體光學性能測試與器件設計研究；

5．非線性光學晶體的應用。

參與科研項目

1．國家“973”計劃項目（2006－2010）“光電功能晶體結構性能、分子設計、微結構設計與製備過程的研究”，課題負責人。

2．“深紫外全固雷射源前沿裝備自主研製工程”重大專項項目（2006－2009），首席科學家。

所獲榮譽回顧

BBO 晶體獲 1986 年度中科院科技進步特等獎，LBO 晶體獲 1990 年度中科院發明一等獎，1991 年度國家發明一等獎。BBO、LBO 晶體還分別於 1987、1989 年獲美國光電子產業界頒發的十大光電子產品獎。1989年獲得首屆陳嘉庚物質科學獎。陳創天院士本人也先後獲得 1987 年度第三世界科學院化學獎，1990 年雷射集錦（Laser Focus World）雜誌頒發的工業技術成就獎。

Ti:Sapphire 雷射的 4 倍頻、5 倍頻輸出和 Nd:YVO4雷射的 6 倍頻輸出的成功應用，使得他和合作者一起獲得 2007 年度求是基金會頒發的求是傑出科技成就集體獎。

2013 年 8 月 14 日，陳創天院士獲得國際晶體生長協會最高獎之一——Laudise 獎。這是中國科學家獲得的首個國際晶體生長協會最高獎。

* 文章開頭為小編自行添加

來源：OFweek雷射

編輯：Cloudiiink