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我國獨創深紫外光設備:將助力六大學科沖擊諾獎

發布時間:2017-06-06作者:來源:洛陽卓杰環保科技有限公司點擊:1343字號:

  新京報訊 “世界看得更清晰了。”一個由中國科學院承擔,名為“深紫外固態激光源前沿裝備”的中國自主研發項目6日通過驗收,這意味著中國成為世界上唯一一個不僅能取得精密的深紫外光,而且還能將光源復制、應用和推廣的國家。科學家表示,這一總投入近4億元的科研項目,將推動中國在物理、生命科學、信息工程等六個學科的突破,助力科學家沖擊諾獎。

  財政部投入近4億資金

  此次通過驗收的是一個龐大的科研設備平臺,分成三個部分:核心是由四種物質組成的特殊合成晶體(KBBF),在此基礎上,科學家研制出了可以打出深紫外光的激光源,最后,科學家研制出了8臺設備,用以接收深紫外光,進行各類研究。

  據項目工程總體部總經理、中科院理化所研究員詹文山介紹,項目分為一期和二期工程,目前驗收的為一期,國家財政部為之投入1.86億的專項資金。二期工程還將投入近2億元的專項資金。

  “第一桶金給中國科學家”

  據介紹,目前,這一系列裝備已經開始走向產業化道路,8臺設備中的一臺,準備在河北廊坊的產業基地進行初步產業化。對于今后產業化的方向,項目工程總體部總經理、中科院理化所研究員詹文山表示,希望科研成果的第一桶金,留給中國科學家。

  電磁波譜

  電磁波包括的范圍很廣,人眼可見的電磁波——可見光,只是電磁波中的一小部分。無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線都屬于電磁波。它們頻率或波長有很大差別,頻率等于光速除以波長。不同的電磁波由于具有不同的波長(頻率),才具有不同的特性。

  深紫外光屬于不可見光,非常難取得,其光波波段比200納米還小,能量大,只能在真空中存在。

  釋疑

  電力輸送領域或將取得突破

  1 為何需要深紫外光?

  有它才能研究自然界一半以上材料

  為什么需要深紫外光?負責此次大型科研設備項目激光源設計的首席科學家、中國工程院院士許祖彥比喻說,這有點類似顯微鏡的升級,在更高級設備幫助下,科學家可通過深紫外光更進一步探索世界,“世界看得更清晰了。”

  許祖彥表示,此前科學家得到的深紫外光的空間分辨率最高的只有20納米左右,但中國科學家研制的深紫外激光光源裝置,提高到3.9納米,“高了一個量級,好多過去看不到的東西,現在都能看到了。”

  科學家解釋,自然界中,有一半以上的材料,至今人們判斷不出其特征,因為這些材料只能在深紫外波段才能吸收光子,當對其打入深紫外光后,就可以知道這些材料的性能。此外,一些物質的化學性質會在吸收深紫外光后發生變化,可以被科學家加以利用。還有一些微觀層面物質的運動規律,如電子的自旋態,也能通過深紫外光精確探測。

  2 中國如何取得突破?

  獨創技術研制出關鍵晶體

  成績的取得,和該項目的兩位首席科學家,中科院院士、激光源專家陳創天及中國工程院院士、晶體專家許祖彥的努力分不開。

  項目工程總體部總經理詹文山說,國際上只能將晶體長到零點幾毫米的厚度,唯獨陳創天教授將之生長到適合的3毫米厚度。

  此外,晶體還需要特殊的角度發生折射,這就需要“粘”上一個棱鏡。“很多辦法都不行。”許祖彥說,“突然某一天想起來,可以不用任何膠,把晶體磨得特別平滑,直接讓晶體之間原子接觸,后來就成功了。”這項技術,獲得了世界專利。

  下游也有不少故事,許祖彥說,他詢問了許多科研單位是否需要深紫外光源,結果得到的很多答復竟然是根本不知道還有這樣的設備。

  “有人說國際上沒見過啊,還有這樣的東西?”他笑道,“當然國際上沒有了,因為這就是我們國家才有的。”

  3 項目本身能獲諾獎?

  有科學家稱助力科研突破后或能入圍

  該項目技術與裝備在物理、化學、材料、信息工程、生命科學、資源環境等學科領域均有重大應用價值。有科學家表示,這一設備應用后可能在上述領域產生重大成果沖擊諾獎,但還取決于科研人員的努力以及機遇等因素。

  詹文山介紹,可以利用深紫外光源,向世界最準的離子鐘沖擊,把時間標準提高到世界最高水平。此外,有的設備用于研究高溫超導,中國科學家所做的高溫超導溫度已經達到了世界最高。一旦有所突破,今后將在電力輸送等領域起巨大作用。

  中科院方面表示,科學技術重大成就的獲得和科學研究新領域的開辟,往往是以檢測儀器和技術方法上的突破為導向的。至少三分之一的諾貝爾物理學獎和化學獎授予了在測試儀器和實驗方法方面有重要創新者。

  有科學家表示,如果今后在應用上,取得了大量、重要的科研突破,也不排除深紫外光源的核心創新人進入諾獎評委視野。

  探訪

  神秘紫光如何產生

  “晶體是核心基礎”,深紫外固體激光源系列前沿裝備的項目首席科學家,中科院院士陳創天在iPad上寫下了這幾個字,因為嗓子生病,他借助助手告訴記者,整個項目的核心就是他手上拿著的一個幾厘米寬厚的晶體:大尺寸KBBF晶體。

  實驗室內,在一張L形的桌子上,擺著一臺深紫外固態激光源裝備:黑色部分為基頻光、二倍頻和三倍頻系統,真空金屬罐為六倍頻系統,這里便是激光源的核心:KBBF晶體。

  打出深紫外光的基本原理可以這么理解:基頻光波長為1微米,是科研上通用的一種標準光源,打入晶體后,通過倍頻,光波長減半,這種方式被稱為“二倍頻”,再減半為“三倍頻”。

  前兩次光波長減半,可以通過激光源設備里較為普通的晶體完成,最核心的是“六倍頻”,其必須在真空中完成,并且只有通過特殊的KBBF晶體才能實現:355納米的紫外光從空氣中進入真空罐的通光口,經過KBBF晶體發生倍頻,光路系統“過濾”出光段再次減半的光,令其從出光口打出,此時便已得到深紫外光。


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