在物质世界中,万事万物都由其组成的基本粒子构成。物质的微观组成单元无处不在,细胞、原子、夸克等粒子环环相扣,每一个粒子的诞生都是一次伟大的创造。
在光学领域也有“粒子”,它就是 能够实现光学效应的非线性光学材料——KBBF晶体,它构建了光学的“微观世界”,并在光学领域创造奇迹,推动现代科技的进步。
事实上,KBBF晶体和人类所熟知的光刻机有不解之缘,光刻机技术的基础也是建立在不同波长的激光技术上, 而KBBF晶体就有能力将普通激光转化为深紫外激光,推动光刻机技术的发展。
而KBBF晶体的诞生以及它的发现过程也十分曲折,KBBF晶体的发现可以追溯到上世纪90年代初,时值改革开放初期,科学发展相对滞后,西方世界对中国的封锁愈演愈烈。面对这样的时代背景,下大功夫研发核心技术成了中国科学家们的责任。
本以为自己的人生将就这样沉闷地度过,却不想一次偶然的实验室错误,垫子牢牢地将自己带到了一个全新的世界……
【一】KBBF晶体的发现至今仍是科学史上的一段佳话
曾经,光刻机也被称为“制造机”,能将简单的原材料加工成复杂的电子元器件,并将其组合成更复杂的设备。
KBBF (KBBF晶体全称为:KBe2BO3F2)晶体的发现经历了一连串意想不到的意外,其主要执行者——陈创天院士回忆起当时的情况时也笑称“我也没想到会意外地发现KBBF晶体”。
经过长达数天的苦闷实验,陈创天院士终于发现了 一种亮度高、成像好、分辨率高的高质量KBBF晶体,并提出KBBF晶体具有连接介质、激光介质、非线性光学效应的三大特征。
【二】KBBF的“魔力”:在半导体、医疗、国防等领域无处不在
随着KBBF晶体的不断发展和应用,它已经在半导体制程、电子束曝光技术 、医疗成像设备、航天遥感设备、激光探测设备中发挥了巨大作用,让人们的生活也因此变得更加便捷。
拿我们每天都在使用的手机来说,现代手机的摄像头其实就是一种光学相干成像, 而光刻机技术也正是其核心技术之一。再加上KBBF晶体光束的焦点尺寸小, 使得其深紫外激光光刻系统比其他系统占用空间更小、成本更低。
【三】KBBF晶体的“诞生”者”:陈创天院士
>>早年:从实验室“打工人”到非线性光学领域专家
KBBF晶体的发现者——陈创天到,出生于湖南岳阳,备受家庭和个人的种种经历影响。
年少时家庭因父亲入狱而被 exile,在父亲被解放后,母亲又因家庭支离破碎而将其送到了农村外公家生活。陈创天院士的童年生活过得十分苦闷。
经历种种,最终陈创天院士选择了“逃避现实”,继续自己所热爱的科学研究。在实验室里,陈院士初出茅庐时曾做过电路组装、放大电路的调试等, 有时甚至还要用毛巾擦拭实验室桌子,为自己当“打工人”,但越是自己所热爱的工作,就越能让人全身心投入进去,越能乐在其中。
>>找到了人生的“北极星”,陈创天不断推进KBBF晶体研发
在实验室的生活让陈创天院士找到了自己的人生的“北极星”,在不断探索过程中, 他和团队承担了973计划、863计划等国家重大科研攻关计划,在非线性光学领域取得了一系列突破。
其中就包括在20世纪90年代初期研制出的 KBBF晶体,它的全名为KBe2BO3F2,是一种具有特定晶体结构和光学性质的化合物,具有良好的非线性光学性能,广泛应用于光学设备和激光技术中。
同时,陈创天院士团队还研制了单晶长晶技术、 高品质KBBF晶体的制备技术,使得KBBF晶体的性能得到了进一步的提高。
【四】KBBF晶体对中国科技发展的深远影响:三大方面
方面1:KBBF晶体的“防火墙”,保护了中国科技和国防安全
如果说KBBF晶体是一块核心技术的“护城河”,那么KBBF晶体“出口管制”就成了“防火墙”。早在2007年,中国就对KBBF晶体实施出口管制,禁止其对外出口,以此来保护核心技术并防止其被用于军事用途。
这不仅保护了国家的安全和利益,也为中国科技的发展提供了良好的环境。通过对KBBF晶体的出口管制,中国能够更好地掌握这一关键技术,推动国内相关产业的发展。
方面2:KBBF晶体的“通行证”,中等国家也能进入光刻机时代
除了作为“防火墙”保护中国的国防科技安全外,KBBF晶体的“通行证”角色也不可忽视。自卫反击战中,我解放军虽然装备不过苏联军队,但我们用战术装备打破了苏军的常规战术,取得了胜利。
在最近的演习中,俄方更是表示中国的KBBF晶体风光乍现,将有助于中国在国际博弈中占据主动。KBBF晶体的关键技术突破使中国在国际科技竞争中占据了领先地位,这对中等国家来说无疑是一个“通行证”,可以让更多国家进入光刻机时代,提升自己的科技水平。
方面3:KBBF晶体的“催化剂”,激发自主创新的“火苗”
在KBBF晶体的帮助下,中国不仅在光刻机上的创新上取得了一定的成果,也在其他领域取得了很大的突破。KBBF晶体的“催化剂”作用也得到了充分体现, 如激光武器、脉冲激光等国防技术也都取得了重要的进展。
【五】KBBF晶体的“后续发展”:国产光刻机的“新希望”
新希望1:LSBO晶体的出现,让中国在半导体技术上赢得时间
在KBBF晶体的研发上取得了成功后,陈创天院士团队再次迎来挑战,KBBF晶体的光学非线性效应越来越强,导致长光程透过率下降,不能满足深紫外应用需求。
为此,陈创天院士团队又投入到新一代 LSBO晶体的研发中。LSBO晶体的出现为我国光刻机技术的发展赢得了时间,其实LSBO晶体和KBBF晶体有一定的关联, LSBO也能将激光转化为深紫外激光,人称“人造太阳”。
新希望2:借鉴KBBF晶体的研发过程,其他尖端科技也能突破
KBBF晶体的成功突破让中国在国际科技竞争中占据了领先地位,也为其他高科技领域的研发提供了借鉴和参考, 以KBBF晶体的成功研发为示范,更多创新材料的研究也会迎来新的突破。
如超导体材料、氢能转化、锂电池等前沿材料的研究也将迎来新一轮发展高峰。随着这些新材料的问世,将会推动更多新材料的应用,促进科技的进一步发展。
结语
在全球科技竞争中保护核心技术的重要性不容忽视, 曾经,俄罗斯也面临美国制裁,为此开始大力研发自主技术,仿制美国的航空技术和航天技术,最终迎来了自己的航天时代。
如今,中国的KBBF晶体的成功研发也表明了自主创新的必要性,只有拥有自己的核心技术,才能在国际竞争中占据优势,推动国家和社会的进一步发展。
同时,在全球市场中,KBBF晶体的需求也不断增加, 这将促使相关产业链的完善与发展,推动中国制造的崛起。今天的KBBF晶体,明天的光刻机,未来的中国!
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