我國的人造金剛石年產(chǎn)量世界第一，人造石英年產(chǎn)量世界第二，釩酸釔的年產(chǎn)量占世界三分之一。目前，雖是生產(chǎn)大國，卻不算無機(jī)非金屬人工晶體生產(chǎn)強(qiáng)國，面對(duì)高速發(fā)展的機(jī)遇，人工晶體產(chǎn)業(yè)應(yīng)如何參與國際競爭。中國工程院院士沈德忠認(rèn)為———
人工晶體是我國在國際高科技中占有優(yōu)勢的少數(shù)幾個(gè)領(lǐng)域之一。雖然人工晶體的年產(chǎn)值不可能像石油和鋼鐵那么大，但是它在國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)中所起的作用是不可取代的。隨著世界信息化浪潮的迅猛發(fā)展和光電子技術(shù)的廣泛采用，國內(nèi)外對(duì)人工晶體的需求激增。那么，我國的人工晶體有何優(yōu)勢？這些優(yōu)勢應(yīng)如何發(fā)揮？人工晶體的產(chǎn)業(yè)面臨著什么樣的挑戰(zhàn)？帶著這些問題，記者采訪了我國著名的人工晶體專家、中國工程院院士沈德忠。
我國人工晶體的優(yōu)勢
我國從上世紀(jì)五十年代就開始研究人工晶體。歷年來在國家攻關(guān)計(jì)劃，863、973計(jì)劃，自然科學(xué)基金的支持下，全國幾十家科研單位，高等院校開展關(guān)激光晶體、非線性光學(xué)晶體、閃爍晶體、光折變晶體、壓電、聲光、電光、磁光調(diào)制晶體、超硬晶體、寶石晶體以及光學(xué)晶體等無機(jī)非金屬晶體的研究。盡管研究經(jīng)費(fèi)的投入比國外低得多，又經(jīng)歷多次政治運(yùn)動(dòng)，但相關(guān)研究人員充分發(fā)揮中國人特有的吃苦耐勞、心靈手巧的優(yōu)點(diǎn)，在無機(jī)非金屬人工晶體領(lǐng)域做出了世界矚目的優(yōu)異成績。
中科院物構(gòu)所發(fā)明的BBO（偏硼酸鋇）、LBO（三硼酸鋁）晶體，開創(chuàng)了激光紫外倍頻的新紀(jì)元，打破了新型非線性晶體都是外國人發(fā)明的局面；人工晶體研究所和山東大學(xué)各自獨(dú)立研創(chuàng)的熔劑法生長KTP的技術(shù)，成功的生長出大尺寸、高光學(xué)質(zhì)量、低成本的KTP（磷酸氧鈦鉀）單晶，不僅打破了美國對(duì)該晶體的壟斷和對(duì)我國的禁運(yùn)，而且美國杜邦公司還反過來從我國購買大Z截面的KTP晶體（美國生長KTP的水熱法長不出大Z截面的單晶）。由于熔劑法KTP的制備成本低，價(jià)格便宜，很快就使KTP激光器件在全世界得到普遍應(yīng)用，推動(dòng)了激光技術(shù)的發(fā)展。
上海硅酸所研究的閃爍晶體BGO（鍺酸鉍），在歐洲核子中心為建造新型高能離子顯示靶而在國際范圍招標(biāo)中，擊敗國際三強(qiáng)而一舉奪標(biāo)。為該中心提供了上千公斤的高質(zhì)量BGO大單晶，不但賺取了大量外匯，而且大大提高了我國人工晶體在國際上的聲譽(yù)；南開大學(xué)和209所研制的摻鎂LN（鈮酸鋰），大幅度提高了LN的抗激光損傷能力，被國際上譽(yù)為“中國之星”；中科院物理所研究的BT（鈦酸銀）光折變晶體，一直是國際上光折變研究的熱銷晶品；電子部十一所研制的Nd：YAG（釔鋁石榴石）是國內(nèi)質(zhì)量最好的激光晶體，而且出口伊朗；上海光機(jī)所用溫梯法制備的摻鈦藍(lán)寶石，摻雜濃度高，效率高，也對(duì)外出口……由于我國在無機(jī)非金屬晶體方面取得的優(yōu)異成績，在國際上造成很大反響，將我國研究出產(chǎn)的晶體稱為“中國牌晶體”，在一段時(shí)期內(nèi)爭相購買。
產(chǎn)業(yè)規(guī)模日漸擴(kuò)大
研制的成果必須要投入生產(chǎn)才能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，國內(nèi)人工晶體產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)況如何？沈院士介紹道：我國現(xiàn)已形成每年數(shù)十億人民幣產(chǎn)值的晶體產(chǎn)業(yè)，而且每年還以20％的速度在增長。因此，整個(gè)生產(chǎn)狀況還是很好的以水晶為例，我國現(xiàn)在年產(chǎn)量約為1500噸左右，目前國內(nèi)有江西平板玻璃廠、浙江水晶廠、北京人工晶體研究所等30余家企業(yè)生產(chǎn)水晶。我國生產(chǎn)的水晶不但可滿足國內(nèi)需求，還有大量出口。我國生產(chǎn)的BBO、LBO、KTP、KN、AL2O3、Nd：YAG、LN等晶體也遠(yuǎn)銷美、日、歐等10多個(gè)國家和地區(qū)，獲得好評(píng)。國內(nèi)的批量生產(chǎn)單位有：北京人工晶體研究所，山東大學(xué)晶體材料研究所，福建晶體技術(shù)開發(fā)公司電子部1189、26、209所，中科院物理所，安徽光機(jī)所等等。但是，如果我國“十五”期間沒有形成較大規(guī)模的生產(chǎn)能力，不加大投入力度、提高制造技術(shù)，我們的優(yōu)勢和市場將丟失。
當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)
上述成績多半是在“八五”之前取得的�！鞍宋濉敝�，863“九五”期間，就不再設(shè)“人工晶體”專題，而將人工晶體歸并在“光電子材料”專題，這對(duì)我國人工晶體的發(fā)展不無影響。在此期間，國外研制出不少新型非線性晶體，如日本的CLBO（硼酸鋰銫），法國的YCOB（硼酸氧鈣釔），法國的BiBO（硼酸鉍）；美國研制成功用于157nm紫外光刻設(shè)備的光學(xué)晶體氟化鈣，在157nm處有高透過率、極小的應(yīng)力雙折射、極小的波前畸變，申請(qǐng)了五十余項(xiàng)專利；而國內(nèi)就顯得相對(duì)滯后。
在晶體器件加工方面，我國本來就比較落后。國內(nèi)切、磨、拋、鍍加工好的、尺寸約4×4×10mm3的BBO倍頻器，四千多美元賣給美國人，美國人買去后重新加工，重新鍍膜然后以四萬美元的高價(jià)賣給日本人。據(jù)中科院人工晶體研發(fā)中心陳創(chuàng)天先生介紹，這些年來，切、磨、拋加工技術(shù)有很大提高，但鍍膜技術(shù)還是不行，主要表現(xiàn)在膜的激光損傷性能低。盡管所用的鍍膜設(shè)備全都是國外進(jìn)口、而且是最先進(jìn)的設(shè)備，鍍出的膜的質(zhì)量還是提不高。由此而造成的后果就是客戶流失，原來購買我國BBO、LBO晶體的許多用戶，現(xiàn)在都轉(zhuǎn)而購買以色列、立陶宛出產(chǎn)的BBO、LBO。
如何保持優(yōu)勢
如何保持我國在人工晶體領(lǐng)域的優(yōu)勢？對(duì)此，沈院士提出了自己的一些建議：第一，加強(qiáng)人工晶體的基礎(chǔ)研究，努力研創(chuàng)新型人工晶體，改造成熟晶體，開拓其應(yīng)用領(lǐng)域。863計(jì)劃中是否要恢復(fù)“人工晶體”專題，值得探討。第二，加強(qiáng)人工晶體器件制備相關(guān)的技術(shù)研究，特別是鍍膜技術(shù)的研究。第三，國家應(yīng)該從政策和資金上對(duì)骨干企業(yè)及重點(diǎn)項(xiàng)目給予更大的支持。加快以具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的企業(yè)的發(fā)展步伐。第四，加強(qiáng)人工晶體配套的原材料和專用儀器設(shè)備等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以穩(wěn)定晶體生長工藝，降低人工晶體的成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力，逐步完善人工晶體的體系。第五、推動(dòng)國有骨干企業(yè)的改革，充分調(diào)動(dòng)職工的積極性。
人工晶體是我國在國際高科技中占有優(yōu)勢的少數(shù)幾個(gè)領(lǐng)域之一。雖然人工晶體的年產(chǎn)值不可能像石油和鋼鐵那么大，但是它在國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)中所起的作用是不可取代的。隨著世界信息化浪潮的迅猛發(fā)展和光電子技術(shù)的廣泛采用，國內(nèi)外對(duì)人工晶體的需求激增。那么，我國的人工晶體有何優(yōu)勢？這些優(yōu)勢應(yīng)如何發(fā)揮？人工晶體的產(chǎn)業(yè)面臨著什么樣的挑戰(zhàn)？帶著這些問題，記者采訪了我國著名的人工晶體專家、中國工程院院士沈德忠。
我國人工晶體的優(yōu)勢
我國從上世紀(jì)五十年代就開始研究人工晶體。歷年來在國家攻關(guān)計(jì)劃，863、973計(jì)劃，自然科學(xué)基金的支持下，全國幾十家科研單位，高等院校開展關(guān)激光晶體、非線性光學(xué)晶體、閃爍晶體、光折變晶體、壓電、聲光、電光、磁光調(diào)制晶體、超硬晶體、寶石晶體以及光學(xué)晶體等無機(jī)非金屬晶體的研究。盡管研究經(jīng)費(fèi)的投入比國外低得多，又經(jīng)歷多次政治運(yùn)動(dòng)，但相關(guān)研究人員充分發(fā)揮中國人特有的吃苦耐勞、心靈手巧的優(yōu)點(diǎn)，在無機(jī)非金屬人工晶體領(lǐng)域做出了世界矚目的優(yōu)異成績。
中科院物構(gòu)所發(fā)明的BBO（偏硼酸鋇）、LBO（三硼酸鋁）晶體，開創(chuàng)了激光紫外倍頻的新紀(jì)元，打破了新型非線性晶體都是外國人發(fā)明的局面；人工晶體研究所和山東大學(xué)各自獨(dú)立研創(chuàng)的熔劑法生長KTP的技術(shù)，成功的生長出大尺寸、高光學(xué)質(zhì)量、低成本的KTP（磷酸氧鈦鉀）單晶，不僅打破了美國對(duì)該晶體的壟斷和對(duì)我國的禁運(yùn)，而且美國杜邦公司還反過來從我國購買大Z截面的KTP晶體（美國生長KTP的水熱法長不出大Z截面的單晶）。由于熔劑法KTP的制備成本低，價(jià)格便宜，很快就使KTP激光器件在全世界得到普遍應(yīng)用，推動(dòng)了激光技術(shù)的發(fā)展。
上海硅酸所研究的閃爍晶體BGO（鍺酸鉍），在歐洲核子中心為建造新型高能離子顯示靶而在國際范圍招標(biāo)中，擊敗國際三強(qiáng)而一舉奪標(biāo)。為該中心提供了上千公斤的高質(zhì)量BGO大單晶，不但賺取了大量外匯，而且大大提高了我國人工晶體在國際上的聲譽(yù)；南開大學(xué)和209所研制的摻鎂LN（鈮酸鋰），大幅度提高了LN的抗激光損傷能力，被國際上譽(yù)為“中國之星”；中科院物理所研究的BT（鈦酸銀）光折變晶體，一直是國際上光折變研究的熱銷晶品；電子部十一所研制的Nd：YAG（釔鋁石榴石）是國內(nèi)質(zhì)量最好的激光晶體，而且出口伊朗；上海光機(jī)所用溫梯法制備的摻鈦藍(lán)寶石，摻雜濃度高，效率高，也對(duì)外出口……由于我國在無機(jī)非金屬晶體方面取得的優(yōu)異成績，在國際上造成很大反響，將我國研究出產(chǎn)的晶體稱為“中國牌晶體”，在一段時(shí)期內(nèi)爭相購買。
產(chǎn)業(yè)規(guī)模日漸擴(kuò)大
研制的成果必須要投入生產(chǎn)才能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，國內(nèi)人工晶體產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)況如何？沈院士介紹道：我國現(xiàn)已形成每年數(shù)十億人民幣產(chǎn)值的晶體產(chǎn)業(yè)，而且每年還以20％的速度在增長。因此，整個(gè)生產(chǎn)狀況還是很好的以水晶為例，我國現(xiàn)在年產(chǎn)量約為1500噸左右，目前國內(nèi)有江西平板玻璃廠、浙江水晶廠、北京人工晶體研究所等30余家企業(yè)生產(chǎn)水晶。我國生產(chǎn)的水晶不但可滿足國內(nèi)需求，還有大量出口。我國生產(chǎn)的BBO、LBO、KTP、KN、AL2O3、Nd：YAG、LN等晶體也遠(yuǎn)銷美、日、歐等10多個(gè)國家和地區(qū)，獲得好評(píng)。國內(nèi)的批量生產(chǎn)單位有：北京人工晶體研究所，山東大學(xué)晶體材料研究所，福建晶體技術(shù)開發(fā)公司電子部1189、26、209所，中科院物理所，安徽光機(jī)所等等。但是，如果我國“十五”期間沒有形成較大規(guī)模的生產(chǎn)能力，不加大投入力度、提高制造技術(shù)，我們的優(yōu)勢和市場將丟失。
當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)
上述成績多半是在“八五”之前取得的�！鞍宋濉敝�，863“九五”期間，就不再設(shè)“人工晶體”專題，而將人工晶體歸并在“光電子材料”專題，這對(duì)我國人工晶體的發(fā)展不無影響。在此期間，國外研制出不少新型非線性晶體，如日本的CLBO（硼酸鋰銫），法國的YCOB（硼酸氧鈣釔），法國的BiBO（硼酸鉍）；美國研制成功用于157nm紫外光刻設(shè)備的光學(xué)晶體氟化鈣，在157nm處有高透過率、極小的應(yīng)力雙折射、極小的波前畸變，申請(qǐng)了五十余項(xiàng)專利；而國內(nèi)就顯得相對(duì)滯后。
在晶體器件加工方面，我國本來就比較落后。國內(nèi)切、磨、拋、鍍加工好的、尺寸約4×4×10mm3的BBO倍頻器，四千多美元賣給美國人，美國人買去后重新加工，重新鍍膜然后以四萬美元的高價(jià)賣給日本人。據(jù)中科院人工晶體研發(fā)中心陳創(chuàng)天先生介紹，這些年來，切、磨、拋加工技術(shù)有很大提高，但鍍膜技術(shù)還是不行，主要表現(xiàn)在膜的激光損傷性能低。盡管所用的鍍膜設(shè)備全都是國外進(jìn)口、而且是最先進(jìn)的設(shè)備，鍍出的膜的質(zhì)量還是提不高。由此而造成的后果就是客戶流失，原來購買我國BBO、LBO晶體的許多用戶，現(xiàn)在都轉(zhuǎn)而購買以色列、立陶宛出產(chǎn)的BBO、LBO。
如何保持優(yōu)勢
如何保持我國在人工晶體領(lǐng)域的優(yōu)勢？對(duì)此，沈院士提出了自己的一些建議：第一，加強(qiáng)人工晶體的基礎(chǔ)研究，努力研創(chuàng)新型人工晶體，改造成熟晶體，開拓其應(yīng)用領(lǐng)域。863計(jì)劃中是否要恢復(fù)“人工晶體”專題，值得探討。第二，加強(qiáng)人工晶體器件制備相關(guān)的技術(shù)研究，特別是鍍膜技術(shù)的研究。第三，國家應(yīng)該從政策和資金上對(duì)骨干企業(yè)及重點(diǎn)項(xiàng)目給予更大的支持。加快以具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的企業(yè)的發(fā)展步伐。第四，加強(qiáng)人工晶體配套的原材料和專用儀器設(shè)備等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以穩(wěn)定晶體生長工藝，降低人工晶體的成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力，逐步完善人工晶體的體系。第五、推動(dòng)國有骨干企業(yè)的改革，充分調(diào)動(dòng)職工的積極性。
