該文的緣起是中國2007年正式宣布停止對(duì)外提供KBBF，美國人不惜重金請(qǐng)求購買或邀請(qǐng)相關(guān)中國專家去美國工作，都被嚴(yán)詞拒絕。中國科學(xué)家用國際領(lǐng)先的自主創(chuàng)新成果在高技術(shù)領(lǐng)域?qū)γ绹f“不”。

從20世紀(jì)60年代開啟理論研究，到80年代研制出低溫相偏硼酸鋇晶體（BBO）、三硼酸鋰晶體（LBO），再到90年代研制出KBBF，中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所（以下簡稱福建物構(gòu)所）等單位的科學(xué)家，打破了中國在晶體生長領(lǐng)域仿制、跟跑的局面，讓“中國牌”晶體閃耀世界。

幾十年過去了，“中國牌”晶體這個(gè)“老字號(hào)”更顯創(chuàng)新活力。很難想象，當(dāng)年研發(fā)“中國牌”晶體的科學(xué)家們經(jīng)歷了怎樣的奮斗歷程。

不跟在外國人后面走

材料是人類社會(huì)進(jìn)步的里程碑。作為一類重要材料，晶體指能自發(fā)生長成規(guī)則幾何多面體形態(tài)的物體。隨著科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人工功能晶體已成為激光設(shè)備等不可或缺的基礎(chǔ)材料。

激光技術(shù)是20世紀(jì)“四大科技發(fā)明”之一。作為激光設(shè)備的上游關(guān)鍵部件，非線性光學(xué)晶體可以將某一頻率的激光轉(zhuǎn)換成另一頻率的激光。

20世紀(jì)60年代初，國外已發(fā)現(xiàn)一些非線性光學(xué)晶體材料，而中國尚未研發(fā)出自己的晶體。整體看，國際上非線性光學(xué)晶體研發(fā)都相對(duì)滯后，導(dǎo)致激光器進(jìn)一步應(yīng)用乏力。

功能晶體乃至所有功能材料的性能，都取決于其組成和結(jié)構(gòu)，而這需要專業(yè)人才深入研究。在那個(gè)年代，我國缺乏這方面的人才，誰來研發(fā)“中國的晶體”？

1945年，我國結(jié)構(gòu)化學(xué)領(lǐng)域開拓者盧嘉錫留學(xué)歸國，組織隊(duì)伍開啟晶體材料研究，并在國內(nèi)首次招收以結(jié)構(gòu)化學(xué)專業(yè)為主的研究生。盧嘉錫1955年當(dāng)選中國科學(xué)院化學(xué)學(xué)部委員，1981年至1987年任中國科學(xué)院院長。

在美國留學(xué)期間，盧嘉錫在美國國家科學(xué)院院士鮑林的指導(dǎo)下，利用X射線和電子衍射法技術(shù)分析研究晶體結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)；他所設(shè)計(jì)的盧氏圖表載入《國際X射線晶體學(xué)用表（第二卷）》，被國際化學(xué)界應(yīng)用了幾十年。

國外晶體研究已開展數(shù)十年，我國如何趕超？基于對(duì)國際國內(nèi)晶體研究的分析，盧嘉錫認(rèn)為探索新晶體材料，不應(yīng)受國外學(xué)術(shù)思想束縛，跟在外國人的后面走，而應(yīng)在分析、總結(jié)國外已有工作基礎(chǔ)上走自主創(chuàng)新之路。

“打造科研平臺(tái)很關(guān)鍵。”福建物構(gòu)所所長曹榮介紹，1959年，中國科學(xué)院福建分院設(shè)立并籌建技術(shù)物理所、化學(xué)所等6個(gè)研究所和生物物理研究室。盧嘉錫一直構(gòu)想建立現(xiàn)代化物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究室，福建分院的設(shè)立讓他看到了希望。

1960年，盧嘉錫經(jīng)過深思熟慮，向中國科學(xué)院和福建省委提出將福建分院籌建的“六所一室”整合，最終形成福建物構(gòu)所，盧嘉錫為首任所長。自此，盧嘉錫帶領(lǐng)福建物構(gòu)所的研究團(tuán)隊(duì)開始研制非線性光學(xué)晶體。

讓人匪夷所思的重大發(fā)現(xiàn)

當(dāng)時(shí)，我國缺乏技術(shù)、沒有經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)人才，只能從仿制起步。由于沒有理論指導(dǎo)，工作很快就遇到瓶頸。 

那時(shí)科研條件極為簡陋。建所之初，主體建筑是一幢四方形平房，人員主要是復(fù)退軍人和大中專畢業(yè)生，辦公和儀器設(shè)備是從其他學(xué)校搬來的，吃飯就在臨時(shí)搭建的竹棚里。

即便如此，盧嘉錫還是憑借研究積累，部署了結(jié)構(gòu)化學(xué)、非線性光學(xué)晶體等研究方向，希望從結(jié)構(gòu)化學(xué)角度探討晶體和分子結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

構(gòu)想有了，關(guān)鍵是靠大團(tuán)隊(duì)聯(lián)合開展大攻關(guān)。為此，盧嘉錫想方設(shè)法從高校調(diào)來理論物理等專業(yè)的畢業(yè)生，陳創(chuàng)天（2003年當(dāng)選中國科學(xué)院院士）就是其中之一。

那是1962年，陳創(chuàng)天25歲，剛從北京大學(xué)物理系畢業(yè)。到福建物構(gòu)所沒幾天，盧嘉錫就找到他，語重心長地說：“研究所搞的是結(jié)構(gòu)化學(xué)，你的研究重點(diǎn)要從理論物理向結(jié)構(gòu)化學(xué)轉(zhuǎn)移?！?/p>

盧嘉錫給陳創(chuàng)天介紹了基本知識(shí)并列出參考書單，囑咐他“可邊工作邊學(xué)習(xí)，不懂可來問我，相互切磋”。此后3年，陳創(chuàng)天系統(tǒng)學(xué)習(xí)了結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)，最終選擇非線性光學(xué)材料結(jié)構(gòu)和性能之間關(guān)系為研究方向。

1976年，苦心鉆研10年后，陳創(chuàng)天提出陰離子基團(tuán)理論，找到了非線性光學(xué)晶體材料宏觀效應(yīng)與微觀結(jié)構(gòu)間的關(guān)聯(lián)。次年，他被任命為非線性光學(xué)材料探索組組長。

據(jù)介紹，當(dāng)時(shí)研究所幾乎一窮二白，一群懷揣夢(mèng)想的年輕人自己動(dòng)手創(chuàng)造科研條件，如自行組裝激光器、測(cè)試設(shè)備等。1979年，研究組發(fā)現(xiàn)BBO是一種非常有希望的新型材料。3年后，他們終于生長出大塊BBO。

中國科學(xué)家以翔實(shí)的數(shù)據(jù)和無懈可擊的實(shí)驗(yàn)證明了BBO是非中心對(duì)稱的晶體，在200納米至350納米波長范圍內(nèi)，其透過率可達(dá)80%以上。

1986年，陳創(chuàng)天在美國參加一個(gè)國際激光與光電子會(huì)議，向全世界宣布成功研制出BBO，引起轟動(dòng)。業(yè)界贊譽(yù)這是中國人按照自己的科學(xué)思想創(chuàng)造出的首塊“中國牌”晶體。

吳以成（2005年當(dāng)選中國工程院院士）正是那一年在福建物構(gòu)所獲得博士學(xué)位。他回憶：“陳老師告訴我們，他發(fā)言結(jié)束后，參會(huì)的200多位科學(xué)家竟有一多半跟他出去向他進(jìn)一步了解情況，導(dǎo)致會(huì)都沒法開了。”

福建物構(gòu)所副所長、國家光電子晶體材料工程技術(shù)研究中心主任林文雄1988年被保送到福建物構(gòu)所讀研究生?！敖滩亩及袯BO寫進(jìn)去了。”林文雄說，BBO的面世讓全世界的科學(xué)家感到匪夷所思，他們感受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，認(rèn)為這樣的重大發(fā)現(xiàn)不該在中國誕生，而應(yīng)在美國、日本或歐洲國家。

曹榮感慨，福建物構(gòu)所取得這樣的成就，離不開國家的一貫支持，也得益于中國科學(xué)院面向世界科技前沿、面向國家重大需求進(jìn)行的前瞻布局和建制化研究。

在高技術(shù)領(lǐng)域?qū)ν鈬f“不”

正當(dāng)外國學(xué)者為橫空出世的“中國牌”晶體感到震驚時(shí)，陳創(chuàng)天、吳以成等中國科學(xué)家又在1987年宣布一項(xiàng)新的重磅成果——他們發(fā)現(xiàn)并生長出第二塊“中國牌”晶體LBO。

與BBO相比，LBO紫外截止波長移到150納米，是迄今為止實(shí)現(xiàn)高功率三倍頻輸出最好的非線性光學(xué)晶體。BBO、LBO分別被美國《激光電子學(xué)》雜志評(píng)為1987年、1989年“十大尖端產(chǎn)品”。

“BBO和LBO的背后，光研究組就有多個(gè)，包括理論組、化學(xué)合成組、結(jié)構(gòu)分析組、相圖研究組、晶體生長組等。大家互相協(xié)作、勁往一塊兒使，才有這樣的結(jié)果?！眳且猿烧f。

山東大學(xué)教授王繼揚(yáng)介紹，當(dāng)時(shí)國內(nèi)晶體研究界有“三駕馬車”，分別是福建物構(gòu)所、山東大學(xué)和南京大學(xué)，它們?cè)诰w生長、消除晶體疇等方面各有所長，非常團(tuán)結(jié)又能創(chuàng)新，把晶體研究這個(gè)國際上本不受重視的領(lǐng)域變成各國爭相研究的焦點(diǎn)?！拔覈茖W(xué)家有股迎難而上的拼勁，敢走新路、勇于自主探索?！?/p>

1988年，福建物構(gòu)所成立成果轉(zhuǎn)化公司——福建福晶科技股份有限公司（以下簡稱福晶科技），開啟了BBO、LBO商業(yè)化之路。

“商業(yè)化后，外國就眼紅了。BBO面世時(shí)，中國的專利法還沒出臺(tái)，但LBO研發(fā)出來時(shí)已有專利法，團(tuán)隊(duì)有意識(shí)地申請(qǐng)專利將它保護(hù)起來?！眳且猿烧f，美國最先坐不住，他們以專利無效為借口和中國打官司，希望能取消中國的LBO晶體專利權(quán)。

“美國最終沒有憑借蹩腳的理由得逞。”吳以成回憶，當(dāng)時(shí)國際上關(guān)于LBO的研究成果都是中國科學(xué)家發(fā)表的，團(tuán)隊(duì)把整個(gè)研究的詳細(xì)實(shí)驗(yàn)記錄等收集起來應(yīng)訴，最終打贏了官司。

這個(gè)案例再次印證了團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性。“那時(shí)候，團(tuán)隊(duì)里以林朝熙為代表的知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的專家就懂得申請(qǐng)專利，他們不是為了報(bào)獎(jiǎng)，而是要把自主創(chuàng)新成果保護(hù)起來。”林文雄說，更關(guān)鍵的是，他們申請(qǐng)的不是晶體生長專利，而是器件專利，很好地避免了國外鉆空子侵權(quán)。

LBO面世前，美國等國家都在基于BBO等晶體開展多倍頻研究，中國科學(xué)家也在尋求新突破。

“我國雖已取得領(lǐng)先成果，但當(dāng)時(shí)科研條件仍很落后?！眳且猿膳e例，LBO晶體生長是在坩堝中進(jìn)行的，耐溫1000攝氏度以上的鉑金是做坩堝的理想材料。當(dāng)時(shí)鉑金比黃金還貴，一小塊就上千美元?！拔覀兠看斡猛贳釄宥家Q重，如有損耗須說明。然而落后的科研條件沒能阻止我們做出領(lǐng)先世界的重大成果?！?/p>

外國對(duì)中國科學(xué)家的態(tài)度，也隨著“中國牌”晶體的相繼面世，從傲慢轉(zhuǎn)向尊重。

吳以成回憶，陳創(chuàng)天講過這樣一件事。BBO面世前，有位中國學(xué)者在美國一家實(shí)驗(yàn)室工作，有人不小心打碎了一塊杜邦公司生產(chǎn)的非線性光學(xué)晶體，中國學(xué)者想把碎片帶回國研究，但被實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人以保密為由拒絕。沒想到數(shù)年后，中國就制備出領(lǐng)先世界的BBO。

20世紀(jì)90年代，陳創(chuàng)天在日本訪問期間，日方曾為他升起中國國旗表示尊敬和歡迎。

研發(fā)出BBO、LBO后，陳創(chuàng)天團(tuán)隊(duì)意識(shí)到，由于微觀結(jié)構(gòu)條件限制，二者無法通過簡單倍頻技術(shù)產(chǎn)生深紫外光譜區(qū)的諧波光輸出。經(jīng)過反復(fù)計(jì)算和思考，陳創(chuàng)天等又踏上一條長達(dá)10多年的新型非線性光學(xué)晶體探索之路，研制出全球獨(dú)一無二的KBBF。

KBBF是目前唯一可直接倍頻產(chǎn)生深紫外激光的非線性光學(xué)晶體。當(dāng)時(shí)國際激光界普遍認(rèn)為，用固體激光器產(chǎn)生波長小于200納米的激光幾乎不可能，KBBF則使激光最短波長達(dá)到184.7納米，在深紫外激光領(lǐng)域大展身手。

KBBF獨(dú)特的薄片層狀生長習(xí)性，使其難以獲得實(shí)際應(yīng)用。為此，陳創(chuàng)天聯(lián)合中國科學(xué)院院士蔣民華團(tuán)隊(duì)、中國工程院院士許祖彥團(tuán)隊(duì)等開展聯(lián)合攻關(guān)，攻克晶體生長難關(guān)，實(shí)現(xiàn)多種波長的深紫外激光有效輸出，保障了中國在深紫外固體激光方面的國際領(lǐng)先地位。

2007年，KBBF被禁止對(duì)外出口。中國科學(xué)家用國際領(lǐng)先的自主創(chuàng)新成果，在高技術(shù)領(lǐng)域?qū)ν鈬f“不”。

“老字號(hào)”煥發(fā)新活力

2000年，洪茂椿（2003年當(dāng)選中國科學(xué)院院士）任福建物構(gòu)所常務(wù)副所長，主持研究所工作。當(dāng)時(shí)，中國科學(xué)院基于對(duì)知識(shí)創(chuàng)新與技術(shù)創(chuàng)新前沿的把握，批準(zhǔn)福建物構(gòu)所關(guān)于福晶科技改制的申請(qǐng)，做大做強(qiáng)“中國牌”晶體產(chǎn)業(yè)。洪茂椿面臨的第一個(gè)難題，就是讓“好酒”走出“深巷”。

“首先要聚人才?！焙槊槐硎?，當(dāng)時(shí)福建物構(gòu)所建所成立已有40多年，老一輩科學(xué)家年紀(jì)大了，科學(xué)家梯隊(duì)出現(xiàn)了斷層?！爱?dāng)時(shí)所里引進(jìn)了一批人才，積極申請(qǐng)系列科研項(xiàng)目，包括多個(gè)上億元的大項(xiàng)目。”

洪茂椿強(qiáng)調(diào)，當(dāng)時(shí)申請(qǐng)項(xiàng)目并非盲目擴(kuò)充研究方向，而是更聚焦科技創(chuàng)新價(jià)值鏈，把知識(shí)創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈接起來，以國家重大需求推動(dòng)福建物構(gòu)所的科學(xué)研究。

2008年，福晶科技正式上市。幾年里，洪茂椿經(jīng)常白天忙完，晚上回所里搞科研，企業(yè)管理經(jīng)驗(yàn)是現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用。好在經(jīng)過幾年努力，人才梯隊(duì)建起來了，晶體產(chǎn)業(yè)發(fā)展脈絡(luò)理順了。

這個(gè)團(tuán)隊(duì)人才濟(jì)濟(jì)。中國科學(xué)院光電材料化學(xué)與物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任吳少凡帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)致力于激光與非線性光學(xué)晶體、閃爍晶體新型功能材料研究，成果已在國家重大工程中獲得應(yīng)用。“90后”研究員羅敏已成長為課題組長，聚焦非線性光學(xué)晶體材料的設(shè)計(jì)、合成和生長，以學(xué)術(shù)骨干身份參與國家重大項(xiàng)目和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等。

走進(jìn)福晶科技的晶體熔鹽車間，工作人員正在一排排晶體生長監(jiān)控器前觀察晶體生長爐的溫度?！耙郧熬w生長都需要工作人員在坩堝旁守著，溫度很高，夏天更受不了，現(xiàn)在定時(shí)觀察顯示器即可。”福晶科技董事長陳輝說。

如今的福晶科技已成為全球知名的LBO、BBO、磁光晶體等龍頭廠商，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于激光、半導(dǎo)體等領(lǐng)域，2023年實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入7.82億元。

“需求端推動(dòng)供應(yīng)，目前公司生產(chǎn)的我國原創(chuàng)晶體占全球此類晶體生產(chǎn)總量的近五成，出口超過四成?！标愝x說，“國內(nèi)晶體需求占全球總需求的比例，從20世紀(jì)90年代初的不足5%到如今超過五成，說明我們積極應(yīng)對(duì)了產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)移及國內(nèi)需求增長等市場變化?！?/p>

今天，我國的晶體研究是否依然領(lǐng)先？曹榮表示，我國原創(chuàng)晶體在研制和應(yīng)用上不斷取得新成果，始終領(lǐng)先國際。近年來，福建物構(gòu)所又取得一系列引領(lǐng)國際的研究成果，使我國成為激光晶體強(qiáng)國。

“當(dāng)前，我們正積極將人工智能技術(shù)應(yīng)用到晶體設(shè)計(jì)和生長等環(huán)節(jié)?！辈軜s表示，福建物構(gòu)所將進(jìn)一步面向世界科技前沿及國家重大需求，搶占科技制高點(diǎn)，助推我國科技創(chuàng)新事業(yè)邁上新臺(tái)階。

“縱觀我國晶體研究發(fā)展史，我感受最深的就是科研沒有捷徑，是靠一代又一代科學(xué)家一步步走出來的?！焙槊槐硎荆趧e人后面永遠(yuǎn)不是創(chuàng)新。正是有了國家和中國科學(xué)院對(duì)晶體研究的持續(xù)大力支持，有了幾代科學(xué)家的團(tuán)結(jié)互助、勠力創(chuàng)新，我國晶體研究才長盛不衰。