近年來,激光的應用越來越廣泛。在醫(yī)學領(lǐng)域,人們可以使用激光治療儀切割腫瘤;在科研上,人們可以使用激光顯微鏡探尋微生物的奧秘。而這一切,都離不開激光高科技產(chǎn)業(yè)的核心人工非線性光學晶體。
中科院理化所在非線性光學晶體開發(fā)和應用方面有著豐富的經(jīng)驗,其中,由中科院院士陳創(chuàng)天帶頭研發(fā)的LBO、KBBF晶體更是名揚海內(nèi)外。一個合格的晶體器件到底是怎樣產(chǎn)生的?近日,筆者就此探訪了該所的中科院功能晶體與激光技術(shù)重點實驗室。
走進中科院理化所1號樓大門,直行右拐,一扇緊閉的大門背后,就是該所對人工晶體進行加工、打磨的實驗區(qū)域。人工晶體研究發(fā)展中心高級工程師范飛鏑站在門口,將記者領(lǐng)進各個實驗室參觀。
工作人員介紹說,生產(chǎn)一枚合格的人工晶體首先需要準備生產(chǎn)晶體的原料,然后放入晶體生長爐,通過專門的設(shè)備加溫加熱后,晶體種子就會慢慢生長。這一過程,長的需要兩三個月,“人工晶體長得越大,純度越高,缺陷越少,工業(yè)應用就越好”。
剛剛生長出來的人工晶體形狀各異,需要工作人員定向切割,初步確定其形狀和尺寸,之后,它會被送到人工晶體后加工實驗室作進一步處理。
“處理、加工的過程至少需要三道工序,即粗磨、精磨、拋光。”范飛鏑邊說邊帶記者走進晶體加工房間,幾名年輕的工作人員身穿白大褂,正在一絲不茍地工作。
在一個長方形的工作臺上,裝有沙子、汽油、酒精和水的瓶子一字排開,中間有幾個凹陷下去的“坑洞”,里面伸出一個褐色的圓盤,根據(jù)工序要求的不同,該圓盤既可以是磨盤,也可以是拋光盤。
“這是磨拋機,晶體的加工主要靠它。”范飛鏑介紹說,在對送進來的晶體進行粗磨時,工作人員會使用沙子等輔助工具,進行人工打磨,將其磨到一定的尺寸和形狀,這一過程一般需要半個小時。精磨主要是為晶體拋光作準備,去掉表面的各種痕跡;拋光時需要使用拋光液,一般一個面要花費半天到一天的時間。
采訪期間,一名女性工作人員正坐在左側(cè)靠墻的角落,使用拋光盤,對一枚晶體進行拋光。她不時拿出放大鏡,仔細查看晶體表面的光潔度,看是否有劃痕或者麻點等缺陷。“一般處理完的晶體都不大”,范飛鏑給記者展示了三個成品,每個都只有指甲那么大,看上去十分透明。
在實驗室的右側(cè),擺放著幾臺平面干涉儀、輪廓儀,這些都是晶體拋光完畢后做相關(guān)檢驗的設(shè)備。
“干涉儀可以檢測晶體的平面度,輪廓儀主要檢驗晶體邊緣的角度。每一枚晶體的要求都不一樣,如果相關(guān)數(shù)據(jù)達不到要求,我們就需要重新打磨。”范飛鏑說。
“現(xiàn)在,我們所陳創(chuàng)天院士帶隊研制出來LBO、KBBF晶體,都是我們實驗室處理的。對于處理人工晶體,我們已經(jīng)積累了六七年的經(jīng)驗。”范飛鏑說,作為全固態(tài)深紫外激光器核心技術(shù)之一,KBBF晶體和其他晶體比較,硬度相對較軟,加工難度更大,需要處理的時間更長。
一枚晶體在經(jīng)過檢測之后,是否可以直接送往采購的實驗室呢?答案是否定的,它還需要經(jīng)過鍍膜工序。
在隔壁的房間里,兩臺外表看上去和金屬箱子沒有區(qū)別的鍍膜機靜靜地躺在角落。晶體加工完畢后,馬上被送到這個房間進行處理。按照晶體不同的用途,工作人員使用鍍膜機給它鍍上3到7層的光學薄膜。
“這項工作一般需要兩個人。我們首先要用熱蒸發(fā)的方式,把準備的膜料變成蒸汽,再沉積在晶體表面。”范飛鏑介紹說,這項工作需要的技術(shù)比較高,因為光學薄膜的厚度、化學成分、微觀結(jié)構(gòu)等很多因素都會影響其增透作用,“處理下來大約需要一到兩天”。在經(jīng)過定向切割、后加工、鍍膜這三個過程后,一枚合格的人工晶體器件就“新鮮出爐”了。
“我們實驗室生產(chǎn)的晶體,主要還是為科研服務。尤其是可產(chǎn)生深紫外激光源的KBBF晶體,是我們理化所的拳頭產(chǎn)品,也是我們加工工作的重點和難點。畢竟,中國處于領(lǐng)先地位,而且限制出口的東西不多。”范飛鏑說,“未來,我們會加強大尺寸人工晶體的后加工能力。”
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