9月6日，由中国科学院承担的国家重大科研装备“深紫外固态激光源前沿装备研制项目”在北京通过验收，使我国成为目前世界上唯一能够制造实用化、精密化深紫外全固态激光器的国家。

我国科学家已应用该系列装备在石墨烯、高温超导、拓扑绝缘体、宽禁带半导体和催化剂等领域获得了一系列重要研究成果，使我国深紫外领域的科研水平处于国际领先地位。

深紫外技术与装备的发展在物理、化学、材料、信息、生命、资环等学科领域均有重大的应用价值，并将促进交叉学科多领域的发展。但此前深紫外波段科研装备能量分辨率低，光子通量小，且密度低，不能满足深紫外波段前沿科学发展需求。

9月4日，中科院工作人员在检查深紫外非线性光学晶体的光透度。

深紫外固态激光技术突破是中国新型科学仪器研发的难得机遇。据介绍，深紫外全固态激光源指输出波长在200纳米以下的固体激光器，与同步辐射和气体放电光源等现有光源相比具有高的光子流通量/密度、好的方向性和相干性。中科院自上世纪90年代初开始研究深紫外非线性光学晶体和激光技术。

经过10多年的努力，中科院的科研人员在深紫外激光非线性光学晶体方面实现突破，在国际上首先生长出大尺寸氟硼铍酸钾（KBBF）晶体，并发现该晶体是第一种可用直接倍频法产生深紫外波段激光的非线性光学晶体。在此基础上，科研人员又发明了棱镜耦合技术（已获中、美、日三国专利），率先发展出直接倍频产生深紫外激光的先进技术，并全面开展新型深紫外激光科研装备的研制和学科应用研究，使中国成为当今世界上唯一掌握深紫外全固态激光技术的国家。

我国科学家在国际上首次生长出可直接倍频产生深紫外激光非线性光学晶体，以及发明的棱镜耦合技术

2007年，财政部设立专项，对中科院深紫外固态激光源前沿装备研制予以支持。经过5年多的持续攻关，利用大尺寸氟硼铍酸钾晶体和棱镜耦合专利技术，中科院理化技术所、物理所、大连化物所和半导体所的科研人员在世界上首次研制成功8类8台集实用化、精密化于一体的深紫外固态激光源，实现了一系列关键指标的突破。

利用这8台深紫外固态激光源，科研人员成功研制出了深紫外激光拉曼光谱仪、深紫外激光光化学反应仪、深紫外激光光发射电子显微镜、深紫外激光光致发光光谱仪、深紫外激光自旋分辨角分辨光电子能谱仪、光子能量可调深紫外激光光电子能谱仪、深紫外激光原位时空分辨隧道电子谱仪、基于飞行时间能量分析器的深紫外激光角分辨光电子能谱仪等8台科学仪器。 

据了解，目前这8台仪器已经在石墨烯、高温超导、拓扑绝缘体、宽禁带半导体和催化剂等一系列重大研究领域中获得了重要结果：证实了Pb、O等原子可通过单层石墨烯岛的开放边界进行插层反应，实现石墨烯与衬底之间去耦合；首次发现拓扑绝缘体Bi2Se3的自旋结构和轨道结构是固定在一起；首次观测到Bi2212能量/动量谱与不同激发光子能量关系。相关研究成果已发表在国际顶级科学期刊上。

6日通过验收的包括两个平台——深紫外非线性光学晶体与器件平台和深紫外全固态激光源平台，以及深紫外激光拉曼光谱仪等8台科学仪器。验收委员会的专家认为，这些仪器设备的研制成功及在石墨烯、高温超导、拓扑绝缘体、宽禁带半导体和催化剂等研究中获得的重要成果，“使我国深紫外领域的科学研究水平处于国际领先地位，并在物理、化学、材料、信息等领域开创了一些新的多学科交叉前沿。”“该项目取得的研究成果属于原始创新工作，具有重要意义，并对继续开拓深紫外激光的应用具有十分重要的意义。”

9月4日，中科院工作人员在基于飞行时间能量分析器的深紫外激光角分辨光电子能谱仪上进行操作。

中科院院长白春礼在验收会上表示，深紫外全固态激光源前沿装备研制项目的实施，初步打造了我国“晶体－光源－装备－科研－产业化”的自主创新链，涵盖了从原创科学思想的提出到应用成果的实现这一完整的科学价值链，为学科交叉面广、跨度大、探索性很强的原创性重大科研装备创新积累了经验。

白春礼说，科研装备创新能力是衡量一个国家科技创新能力的重要标志。现代科技的进步越来越依靠科学仪器的创新和发展，科研仪器装备的突破，往往催生新的科研领域，产出重大创新成果。迄今为止，至少有1/3的诺贝尔物理和化学奖授予了那些在测试仪器和实验方法方面有重要创新的科学家。所以，我国要实现重大科学突破，不仅要有创新自信，要善于提出原创科学思想和方法，而且要发展出新的试验手段，研制出新的仪器装备。

据悉，在科技部支持下，中国科学院启动了深紫外仪器设备的产业化开发工作，逐步将研制成功的深紫外仪器设备推向市场。同时，在财政部支持下，中国科学院启动项目二期工作，还将研制6台国际领先水平仪器设备，将研制大动量极低温深紫外激光光电子能谱仪、深紫外激光调制反射光谱仪等仪器设备，推动深紫外技术深度开发。

深紫外激光源研究：推倒200nm上的一堵墙

激光技术的发展让人类的视野不断拓宽。但多少年来，波长小于200nm的深紫外波段，一直是个神秘又难以逾越的坎。

200nm上的这堵“墙”把人类挡在了外面。由于深紫外激光源的缺席，许多重要的科学研究只得搁置。

但中科院的一群科学家不能接受这样的现实。30年来，他们不但找到了深紫外光学材料和激光源，还研制出8台深紫外固态激光源装备。自2008年启动以来，“深紫外固态激光源前沿装备研制项目”进展顺利，多台仪器已初步用于前沿科学研究。正如项目首席科学家、中国工程院院士许祖彦所说：“上帝没有给我们一个这么好的光源，我们就要自己去找。”

9月6日，“深紫外固态激光源前沿装备研制项目”首席科学家、中科院院士许祖彦在项目验收会上做项目研制总报告。

突破200nm

上世纪90年代初，非线性光学晶体接连将Nd：YAG激光波长从近红外拓展到可见光，甚至近紫外波长区。这带给人们一种隐约的希望：如果能找到一种晶体，使激光波长拓展到深紫外光谱区，人类将有望认识一个前所未有的世界。

在这样的背景下，中国科学家介入了这一课题。

“80年代我们获得了第一批国家科研基金，15万元。”项目首席科学家、中科院院士陈创天告诉《科学时报》记者，虽然现在看来这笔钱并不多，但当时已是很了不起的事了。

在这笔经费的资助下，陈创天的研究如虎添翼。1991年，他在发现硼酸盐系列非线性光学晶体后，运用分子设计工程学方法发现了KBBF晶体。5年后，他证实了此晶体可实现深紫外相干光输出，最短波长达到184.7nm。

从此，深紫外的时代开启了。在此基础上，陈创天研究组于2005年陆续发现了RBBF、CBBF等非线性光学晶体，从而拿到了完整的KBBF族非线性光学系列晶体。

许祖彦则形容自己的工作是“二传手”。深紫外非线性光学晶体问世后，如何将其研制成实用的精密化激光源，并配合后续的仪器研制，是他面临的最大难题。

但20多年前，中国大陆还没有这方面的实验装置，陈创天和许祖彦不得不跑到香港科技大学，借用了他们的实验室。两个人窝在实验室里，每天工作到深夜一两点，终于搞出了KBBF晶体棱镜耦合装置。目前，该装置仍是该晶体唯一的实用化技术。

KBBF棱镜耦合器件

KBBF晶体

之后两人密切配合，在国际上首次实现KBBF晶体倍频输出深紫外激光，并最终发展出实用化的深紫外固态激光源。

2009年，英国《自然》杂志发表评论文章称，KBBF晶体“真是一块完美的晶体，它确实可促使某些领域向前发展”。

“看到图像的那一刻，什么都值了”

深紫外光源的问世尽管已经震惊世界，但对许祖彦来说，他的工作才只做了一半。

“科技发展如此之快，为保证我们的仪器始终保持领先，科研人员必须不断调整技术方案。”项目工程总体部总经理、中科院理化所研究员詹文山说。为此总体部还设立了一个工程监理部，这在国内的科研项目中都很少见。

对这种经常要推翻重来的工作方式，许祖彦表示“很理解”。在3年多的时间里，他的团队满足了仪器研制人员变更技术方案的多项技术要求，解决了光源与8台仪器对接的工程问题。

2011年10月27日，中国科学院院士、中科院深紫外固态激光源前沿装备研制项目科学家陈创天（左）与实验室科研人员，向媒体展示研制成功的一种光学晶体。

中科院大连化学物理研究所研究员傅强是“深紫外激光光发射电子显微镜（PEEM）”子项目的负责人。“PEEM就像一条美人鱼，‘头’是电子发射技术，‘尾’是电子显微镜技术。这种技术可对物质表面结构、电子态、化学反应等进行原位、动态研究，在化学、物理、材料等领域有着重要应用。”

但是，现有的PEEM激发光源为气体放电光源或者同步辐射光源，这些光源亮度较低，空间分辨能力一般只能达到20～50nm，限制了PEEM的广泛应用。

2007～2009年，傅强等人利用深紫外激光高能量、高光束流强度、相干性等优点，研制出一套性能优越的深紫外激光PEEM系统。利用这台仪器，大连化物所已在石墨烯原位生长、界面限域化学反应等领域取得了一些初步成果。

“我们第一次做这种仪器，中间遇到很多困难，有半年多的时间情绪也很低落。”傅强坦陈，“不过2009年夏天，我们第一次看到了显微镜成像图，那一刻觉得什么都值了。”

与深紫外光电子发射显微镜类似，深紫外拉曼光谱仪、深紫外激光光化学反应仪、深紫外激光光致发光光谱仪、深紫外激光自旋分辨角分辨光电子能谱仪、深紫外激光原位时空分辨隧道电子谱仪、基于飞行时间能量分析器的深紫外激光角分辨光电子能谱仪均达到国际领先水平。另一台光子能量可调深紫外激光光电子能谱仪也基本研制完成，正在调试当中。

不过，对更多的中国科研工作者和社会公众来说，这个总投资1.8亿元人民币的项目，究竟有着怎样的应用前景？

以“短”见长的深紫外

目前已有的深紫外光源一类是准分子激光器，另一类是同步辐射光源。准分子激光器脉宽宽，难以满足激发态快速动力学过程的研究；而同步辐射光源虽具有较快的时间分辨，但装置体积巨大，科研人员只能把实验搬过去做，带来许多不便。

深紫外固态激光源在时间、空间和能量分辨率上，都有着绝对优势。“更重要的是，这些仪器装备将来有望小型化，甚至可以进行市场化推广。”中科院院士李灿介绍。

李灿负责研制的深紫外拉曼光谱仪就是一个例子。目前这台仪器已初步应用于催化、材料、能源、生物、环境等领域。在水污染检测中，仪器灵敏度达到了环境水污染国际最低检测限。“只要一滴水就能检测水污染。”

詹文山透露，目前2mm以下的KBBF晶体已可小批量生产，满足国内市场需求。受国家工业水平限制，8台仪器还不能全部实现商业化，但中科院已在考虑选取其中的1至2个，逐步进行产业化的尝试。

2006年，时任中科院院长路甬祥在中科院物理所考察时曾说：“如果没有仪器设备的自主创新，也很难有新的理论上的突破。一种新仪器新装备的诞生，往往是打开一个新方向新领域的关键桥梁。”

这句话，许祖彦一直记得，项目团队的每一个成员也记得：“这些年来，我们证明了‘材料―器件―装备―科研―产业’的自主创新链是可行的，也证明了中科院此类研究性和工程性均很强的科研项目是可行的。”

中国科学院理化技术研究所在KBBF晶体的生长和应用方面取得突破，生长出20×10×3.7mm3全透明单晶，首次实现了深紫外177.3nm高功率激光输出和170nm-210nm可调谐激光输出，将非线性光学晶体应用范围从可见、紫外一直扩展到深紫外光波段。

9月4日，中科院的工作人员在操作深紫外激光光化学反应仪。

深紫外激光自旋分辨/角分辨激光光电子能谱光源部分

深紫外激光自旋分辨/角分辨激光光电子能谱谱仪部分

9月4日，中科院的工作人员在观察深紫外全固态激光源平台的运行情况。