深紫外固态激光源系列前沿装备项目日前通过验收，这标志着我国成为世界上唯一能够制造实用化深紫外全固态激光器的国家。这个由中国科学院承担的国家重大科研装备研制项目是如何完成的？新研发出来的这些装备又能承担什么样的科研任务？请看本报记者发回的报道。

从源头开始的创新

深紫外固态激光源系列前沿装备项目的成果很多，包括深紫外非线性光学晶体与器件平台、深紫外全固态激光源平台，以及基于这两个平台研制的8台新型深紫外激光科研装备。项目首席科学家陈创天、许祖彦都认为，深紫外项目的研制成功，得益于从源头开始的创新。

从2008年3月在财政部专项资金的支持下设立这个项目，到今年9月通过验收，只有短短5年多时间。然而，如果从源头创新开始计算，已经过去数十年的光阴。

上世纪90年代初，中科院院士陈创天的研究团队经过10余年努力，在国际上首先生长出大尺寸氟硼铍酸钾（KBBF）晶体。

“长期以来，深紫外波段缺乏实用化、精密化激光源，制约了科研装备和前沿研究的发展。而KBBF晶体是目前唯一可直接倍频产生深紫外激光的非线性光学晶体。”深紫外项目工程总体部总经理、中科院理化所研究员詹文山说。

之后，陈创天与激光技术专家、中国工程院院士许祖彦合作，开始摸索如何将KBBF制成激光源。

“KBBF晶体是层状结构，难以切割，而要做到深紫外倍频又必须切割。”许祖彦说，由于晶体特殊，又非常薄，他们一开始失败了很多次，都没能做出可以产生200纳米内深紫外激光的激光源器件。“后来我们把晶体用棱镜夹起来，采用分子接触的光胶技术，终于解决了这个难题。”

这个关键的使用器件——KBBF晶体棱镜耦合装置发明成功后，在国际上首次将全固态激光波长缩短至177.3纳米，获得中、美、日专利，使我国成为世界上唯一能够研制实用化、精密化深紫外全固态激光光源（DUV－DPL）的国家。

作为光电子能谱仪的“心脏”，DUV-DPL相当于计算机的CPU。它效率高，体积小，以它为核心的系列装备，是目前空间、时间及能量分辨率最高的桌面分析仪器，在物理、化学、材料、信息、生命、环保、地质等学科领域均有重大应用价值。

由用户订制的装备

深紫外项目有一个很有趣的特点——在项目通过验收之前，研究者们通过8台成品仪器，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的研究中做出不少重要成果。这是因为在项目推进过程中，仪器制备与用户需求结合紧密。

“晶体、激光器、科研仪器，一环配一环，这是一条创新链。”项目伊始，许祖彦花了一年多时间，跑了二三十个实验室，推介DUV－DPL，同时了解科研人员的需求。“我的工作相当于排球二传手，要跟上游讨论晶体该长成什么样，要向下游询问他们需要什么样的激光。”

在与上下游的对接中，KBBF晶体及光接触棱镜耦合器件（PCT）研制取得重大突破：获得了KBBF晶体厚度最大达3毫米的PCT器件；在国际上利用单片KBBF晶体首次实现了扩展到深紫外的170至232纳米宽调谐飞秒激光输出；研制出41件KBBF-PCT器件。

晶体按用户需求生长，激光器按用户需求制备，仪器则更进一步，直接由用户制备。

中科院物理所研究员周兴江就领导了8台仪器中自旋分辨角分辨光电子能谱仪、飞行时间角分辨光电子能谱仪、角分辨光电子能谱仪这3台深紫外激光仪器的制作，同时利用这些仪器开展了对铁基超导、拓扑绝缘体等前沿课题的研究，并因此获得了2013年度华人物理学会亚洲成就奖。

“三台仪器都是我们自己根据实验需求设计并组装，信号强、分辨率高。例如深紫外自旋分辨角分辨光电子能谱仪就将对电子能量的测量精度从过去的70-100mev大幅度提升到2.5mev。”周兴江说，“我们正在申请专利。”

四个研究所、八个研究组、七十多位科技人员，用五年时间，花费1.8亿元，在国际上首次研制成功8类8台实用化、精密化的深紫外全固态激光光源仪器，性能指标均达到计划任务书的要求，其中输出功率及其稳定性关键指标还超过了计划任务书的要求。

自主创新链的样本

深紫外项目不仅在科研上取得世界领先的成绩，在项目管理和产业化中也积累了诸多有益经验。

“我们设置了‘工程监理’，这是我国科研项目中首次使用‘工程监理’制度。”工程总体部总经理詹文山介绍，项目在组织和运行管理体制方面进行了大量探索和创新，体制上的创新也给技术上的创新带来更好的保障。

例如，深紫外项目采取变更管理模式，项目设立之初制定的技术目标，根据国际相关技术进步，可以在项目实施过程中适时加以调整，以确保装备研制的国际领先水平。“项目计划研制7台仪器，后来改为8台仪器，这是因为项目开始一段时间后，国际上出现了时间飞行能量分析器的新技术，我们据此增加了一台飞行时间能量分析深紫外激光光电子能谱仪。此外，深紫外光致发光谱仪的激光源，也由皮秒变更为飞秒光源，大幅度提升了仪器的时间分辨能力。”詹文山说。

中科院院长白春礼高度评价这个项目：“项目的顺利实施，打造了‘晶体—光源—装备—科研—产业化’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、探索性和工程性很强的原创性重大科研装备创新积累了经验，也为中科院各业务管理单元合理分工、深度融合、协力创新提供了典型样本。”

在一期任务顺利完成的基础上，去年中科院理化所联合北京中科科仪等单位，在科技部支持下启动了深紫外仪器设备产业化开发工作，逐步将研制成功的深紫外仪器设备推向市场。目前2毫米以下的KBBF晶体已可小批量生产，满足国内市场需求。8台科研仪器中，深紫外激光光发射电子显微镜（PEEM）正在逐步进行产业化尝试。

“未来走产业化道路，要卖成品仪器，不能卖激光源器件。”周兴江说，“前者的利润比后者高得多。”

“我们还将研制更多的深紫外波段仪器。”许祖彦表示，项目二期将从物理、化学、材料拓展到信息、资环、生命等领域，再研制6台国际领先水平的深紫外激光仪器设备。