2013年，一期項目完成后，深紫外固態(tài)激光源前沿裝備研制（二期）項目（以下簡稱二期項目）啟動。許祖彥提出將研究領(lǐng)域從物理、化學(xué)、材料拓展至信息、生命、資環(huán)領(lǐng)域，并研制出6套國際領(lǐng)先的深紫外全固態(tài)激光源重大科研裝備，建立起“深紫外晶體—激光源—前沿裝備—科學(xué)研究—產(chǎn)業(yè)化”的完整鏈條。

深紫外全固態(tài)激光光發(fā)射電子顯微鏡。

2、攻下實用級KBBF晶體

在深紫外固態(tài)激光源的研制中，KBBF晶體是研制鏈條的起點。

KBBF晶體就像一顆小石子，體積很小，層狀結(jié)構(gòu)極易引起解理，很難長出大而厚的晶體，自然生長下厚度只有0.1毫米。更難的是，KBBF晶體生長不能采用傳統(tǒng)的“晶種法”，只能靠自然生長，即便撒下晶體“種子”，也無法誘導(dǎo)在其上定向聚集成核并生長，反而會在多處自發(fā)成核生長，最終收獲一大堆小而薄的碎晶體。

1999年7月，陳創(chuàng)天牽頭組建團隊，理化所研究員王曉洋就是其中的一員大將。他于2004年加入陳創(chuàng)天團隊，負(fù)責(zé)KBBF晶體生長。

KBBF晶體生長主要采用“爐海戰(zhàn)術(shù)”，4個月才能長出一爐，所以他們就安排了一堆爐子，給每個爐子創(chuàng)造不同的晶體生長條件。

每次開爐無異于“開盲盒”，而結(jié)果總是不盡如人意。

就在王曉洋極度郁悶之時，2006年下半年，連續(xù)兩個周期，有一臺爐子很“爭氣”地長出了厚達(dá)3毫米的KBBF晶體?！巴耆珴M足實用需求！”王曉洋松了口氣，認(rèn)為已經(jīng)解決了晶體生長難題。

可惜，喜悅有多大，失望就有多大。第三個及后面幾個試驗周期，KBBF晶體的良品率急劇下降。王曉洋花了很長時間才找到原因，原來是晶體生長所用原材料的生產(chǎn)廠家換了，此前“兩連勝”的KBBF晶體原料都來自同一個廠家，但第三個周期開始前，廠家突然倒閉，他們不得不更換了新廠家，買到的原料產(chǎn)自不同礦區(qū)，所含微量元素也有所不同。

痛定思痛，王曉洋決定從頭制備原料。他們一邊重新生長晶體，一邊摸索出一套原料制備和提純方法。2013年，一期項目驗收時，他們在國際上首次實現(xiàn)了批量生長大尺寸、高質(zhì)量KBBF晶體的技術(shù)。

一次次技術(shù)迭代、性能優(yōu)化讓KBBF晶體的品質(zhì)越來越高?！暗?023年二期項目結(jié)束時，我們完全攻克了KBBF晶體生長工藝難題。”王曉洋說，二期項目結(jié)項時，KBBF晶體的良品率從一期項目的10%提升到30%。而如今，KBBF晶體的良品率已達(dá)60%以上，不但滿足了實用要求，還逐漸走向商業(yè)化。

3、從晶體到激光器

在開展晶體攻關(guān)的同時，激光器的研制也在進行。早在一期項目立項之前，許祖彥就已經(jīng)開始摸索“如何用KBBF晶體制成實用化精密的深紫外激光源”。

一般來說，當(dāng)激光器發(fā)射出的激光以特定匹配角穿過非線性光學(xué)晶體時，射出的激光線會“一分為二”，多出的這束光線的波長會變?yōu)樵す獠ㄩL的1/2，頻率則提升至兩倍。這被科學(xué)家稱為“激光倍頻技術(shù)”。

當(dāng)時國際上鮮有人涉足波長小于200納米的固態(tài)激光“深紫外激光”研究。許祖彥等人做了一個設(shè)計，如果能夠用好KBBF晶體，1064納米激光經(jīng)過六倍頻，便可產(chǎn)生波長177.3納米的深紫外激光。

KBBF族晶體和光膠棱鏡耦合器件。

要實現(xiàn)這樣的設(shè)計目標(biāo)，首先需要將晶體和棱鏡無縫組裝在一起。

起初，許祖彥和陳創(chuàng)天試著將KBBF晶體按照一定方向“粘”在兩個紫外級石英棱鏡之間，然而，許祖彥找了兩年多，始終沒找到既能將棱鏡和KBBF晶體粘在一起，又能透過深紫外光的光學(xué)膠。

既然沒有，那就自己造。團隊另辟蹊徑，發(fā)明了光膠專利技術(shù)，用一種特殊工藝將KBBF晶體和棱鏡表面打磨得光滑平整，然后利用分子間作用力，直接讓棱鏡和晶體緊緊耦合在一起。憑借這種沒有膠的光膠工藝，他們成功發(fā)明了全球首個KBBF晶體棱鏡耦合裝置，首次實現(xiàn)1064納米激光的六倍頻輸出，將全固態(tài)激光波長縮短至177.3納米。