作者:彭科峰 来源:中国科学报 发布时间:2013-7-24 9:06:10
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访陈创天院士团队:一枚人工晶体器件的诞生
 
■本报记者 彭科峰
 
近年来,激光的应用越来越广泛。在医学领域,人们可以使用激光治疗仪切割肿瘤;在科研上,人们可以使用激光显微镜探寻微生物的奥秘。而这一切,都离不开激光高科技产业的核心——人工非线性光学晶体。
 
中科院理化所在非线性光学晶体开发和应用方面有着丰富的经验,其中,由中科院院士陈创天带头研发的LBO、KBBF晶体更是名扬海内外。一个合格的晶体器件到底是怎样产生的?近日,《中国科学报》记者就此探访了该所的中科院功能晶体与激光技术重点实验室。
 
走进中科院理化所1号楼大门,直行右拐,一扇紧闭的大门背后,就是该所对人工晶体进行加工、打磨的实验区域。人工晶体研究发展中心高级工程师范飞镝站在门口,将记者领进各个实验室参观。
 
工作人员介绍说,生产一枚合格的人工晶体首先需要准备生产晶体的原料,然后放入晶体生长炉,通过专门的设备加温加热后,晶体种子就会慢慢生长。这一过程,长的需要两三个月,“人工晶体长得越大,纯度越高,缺陷越少,工业应用就越好”。
 
刚刚生长出来的人工晶体形状各异,需要工作人员定向切割,初步确定其形状和尺寸,之后,它会被送到人工晶体后加工实验室作进一步处理。
 
“处理、加工的过程至少需要三道工序,即粗磨、精磨、抛光。”范飞镝边说边带记者走进晶体加工房间,几名年轻的工作人员身穿白大褂,正在一丝不苟地工作。
 
在一个长方形的工作台上,装有沙子、汽油、酒精和水的瓶子一字排开,中间有几个凹陷下去的“坑洞”,里面伸出一个褐色的圆盘,根据工序要求的不同,该圆盘既可以是磨盘,也可以是抛光盘。
 
“这是磨抛机,晶体的加工主要靠它。”范飞镝介绍说,在对送进来的晶体进行粗磨时,工作人员会使用沙子等辅助工具,进行人工打磨,将其磨到一定的尺寸和形状,这一过程一般需要半个小时。精磨主要是为晶体抛光作准备,去掉表面的各种痕迹;抛光时需要使用抛光液,一般一个面要花费半天到一天的时间。
 
采访期间,一名女性工作人员正坐在左侧靠墙的角落,使用抛光盘,对一枚晶体进行抛光。她不时拿出放大镜,仔细查看晶体表面的光洁度,看是否有划痕或者麻点等缺陷。“一般处理完的晶体都不大”,范飞镝给记者展示了三个成品,每个都只有指甲那么大,看上去十分透明。
 
在实验室的右侧,摆放着几台平面干涉仪、轮廓仪,这些都是晶体抛光完毕后做相关检验的设备。
 
“干涉仪可以检测晶体的平面度,轮廓仪主要检验晶体边缘的角度。每一枚晶体的要求都不一样,如果相关数据达不到要求,我们就需要重新打磨。”范飞镝说。
 
“现在,我们所陈创天院士带队研制出来LBO、KBBF晶体,都是我们实验室处理的。对于处理人工晶体,我们已经积累了六七年的经验。”范飞镝说,作为全固态深紫外激光器核心技术之一,KBBF晶体和其他晶体比较,硬度相对较软,加工难度更大,需要处理的时间更长。
 
一枚晶体在经过检测之后,是否可以直接送往采购的实验室呢?答案是否定的,它还需要经过镀膜工序。
 
在隔壁的房间里,两台外表看上去和金属箱子没有区别的镀膜机静静地躺在角落。晶体加工完毕后,马上被送到这个房间进行处理。按照晶体不同的用途,工作人员使用镀膜机给它镀上3到7层的光学薄膜。
 
“这项工作一般需要两个人。我们首先要用热蒸发的方式,把准备的膜料变成蒸汽,再沉积在晶体表面。”范飞镝介绍说,这项工作需要的技术比较高,因为光学薄膜的厚度、化学成分、微观结构等很多因素都会影响其增透作用,“处理下来大约需要一到两天”。在经过定向切割、后加工、镀膜这三个过程后,一枚合格的人工晶体器件就“新鲜出炉”了。
 
“我们实验室生产的晶体,主要还是为科研服务。尤其是可产生深紫外激光源的KBBF晶体,是我们理化所的拳头产品,也是我们加工工作的重点和难点。毕竟,中国处于领先地位,而且限制出口的东西不多。”范飞镝说,“未来,我们会加强大尺寸人工晶体的后加工能力。”
 
《中国科学报》 (2013-07-24 第1版 要闻)
 
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