我國的人造金剛石年產量世界第一，人造石英年產量世界第二，釩酸釔的年產量占世界三分之一。目前，雖是生產大國，卻不算無機非金屬人工晶體生產強國，面對高速發(fā)展的機遇，人工晶體產業(yè)應如何參與國際競爭。中國工程院院士沈德忠認為———
人工晶體是我國在國際高科技中占有優(yōu)勢的少數幾個領域之一。雖然人工晶體的年產值不可能像石油和鋼鐵那么大，但是它在國防建設和國民經濟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)展和光電子技術的廣泛采用，國內外對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)勢應如何發(fā)揮？人工晶體的產業(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
我國從上世紀五十年代就開始研究人工晶體。歷年來在國家攻關計劃，863、973計劃，自然科學基金的支持下，全國幾十家科研單位，高等院校開展關激光晶體、非線性光學晶體、閃爍晶體、光折變晶體、壓電、聲光、電光、磁光調制晶體、超硬晶體、寶石晶體以及光學晶體等無機非金屬晶體的研究。盡管研究經費的投入比國外低得多，又經歷多次政治運動，但相關研究人員充分發(fā)揮中國人特有的吃苦耐勞、心靈手巧的優(yōu)點，在無機非金屬人工晶體領域做出了世界矚目的優(yōu)異成績。
中科院物構所發(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各自獨立研創(chuàng)的熔劑法生長KTP的技術，成功的生長出大尺寸、高光學質量、低成本的KTP（磷酸氧鈦鉀）單晶，不僅打破了美國對該晶體的壟斷和對我國的禁運，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，價格便宜，很快就使KTP激光器件在全世界得到普遍應用，推動了激光技術的發(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中，擊敗國際三強而一舉奪標。為該中心提供了上千公斤的高質量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；南開大學和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）是國內質量最好的激光晶體，而且出口伊朗；上海光機所用溫梯法制備的摻鈦藍寶石，摻雜濃度高，效率高，也對外出口……由于我國在無機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，將我國研究出產的晶體稱為“中國牌晶體”，在一段時期內爭相購買。
產業(yè)規(guī)模日漸擴大
研制的成果必須要投入生產才能產生經濟效益，國內人工晶體產業(yè)化的現況如何？沈院士介紹道：我國現已形成每年數十億人民幣產值的晶體產業(yè)，而且每年還以20％的速度在增長。因此，整個生產狀況還是很好的以水晶為例，我國現在年產量約為1500噸左右，目前國內有江西平板玻璃廠、浙江水晶廠、北京人工晶體研究所等30余家企業(yè)生產水晶。我國生產的水晶不但可滿足國內需求，還有大量出口。我國生產的BBO、LBO、KTP、KN、AL2O3、Nd：YAG、LN等晶體也遠銷美、日、歐等10多個國家和地區(qū)，獲得好評。國內的批量生產單位有：北京人工晶體研究所，山東大學晶體材料研究所，福建晶體技術開發(fā)公司電子部1189、26、209所，中科院物理所，安徽光機所等等。但是，如果我國“十五”期間沒有形成較大規(guī)模的生產能力，不加大投入力度、提高制造技術，我們的優(yōu)勢和市場將丟失。
當前面臨的挑戰(zhàn)
上述成績多半是在“八五”之前取得的。“八五”之后，863“九五”期間，就不再設“人工晶體”專題，而將人工晶體歸并在“光電子材料”專題，這對我國人工晶體的發(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紫外光刻設備的光學晶體氟化鈣，在157nm處有高透過率、極小的應力雙折射、極小的波前畸變，申請了五十余項專利；而國內就顯得相對滯后。
在晶體器件加工方面，我國本來就比較落后。國內切、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賣給日本人。據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、拋加工技術有很大提高，但鍍膜技術還是不行，主要表現在膜的激光損傷性能低。盡管所用的鍍膜設備全都是國外進口、而且是最先進的設備，鍍出的膜的質量還是提不高。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，現在都轉而購買以色列、立陶宛出產的BBO、LBO。
如何保持優(yōu)勢
如何保持我國在人工晶體領域的優(yōu)勢？對此，沈院士提出了自己的一些建議：第一，加強人工晶體的基礎研究，努力研創(chuàng)新型人工晶體，改造成熟晶體，開拓其應用領域。863計劃中是否要恢復“人工晶體”專題，值得探討。第二，加強人工晶體器件制備相關的技術研究，特別是鍍膜技術的研究。第三，國家應該從政策和資金上對骨干企業(yè)及重點項目給予更大的支持。加快以具有自主知識產權的企業(yè)的發(fā)展步伐。第四，加強人工晶體配套的原材料和專用儀器設備等相關產業(yè)的發(fā)展，以穩(wěn)定晶體生長工藝，降低人工晶體的成本，提高產品的市場競爭力，逐步完善人工晶體的體系。第五、推動國有骨干企業(yè)的改革，充分調動職工的積極性。
人工晶體是我國在國際高科技中占有優(yōu)勢的少數幾個領域之一。雖然人工晶體的年產值不可能像石油和鋼鐵那么大，但是它在國防建設和國民經濟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)展和光電子技術的廣泛采用，國內外對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)勢應如何發(fā)揮？人工晶體的產業(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
我國從上世紀五十年代就開始研究人工晶體。歷年來在國家攻關計劃，863、973計劃，自然科學基金的支持下，全國幾十家科研單位，高等院校開展關激光晶體、非線性光學晶體、閃爍晶體、光折變晶體、壓電、聲光、電光、磁光調制晶體、超硬晶體、寶石晶體以及光學晶體等無機非金屬晶體的研究。盡管研究經費的投入比國外低得多，又經歷多次政治運動，但相關研究人員充分發(fā)揮中國人特有的吃苦耐勞、心靈手巧的優(yōu)點，在無機非金屬人工晶體領域做出了世界矚目的優(yōu)異成績。
中科院物構所發(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各自獨立研創(chuàng)的熔劑法生長KTP的技術，成功的生長出大尺寸、高光學質量、低成本的KTP（磷酸氧鈦鉀）單晶，不僅打破了美國對該晶體的壟斷和對我國的禁運，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，價格便宜，很快就使KTP激光器件在全世界得到普遍應用，推動了激光技術的發(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中，擊敗國際三強而一舉奪標。為該中心提供了上千公斤的高質量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；南開大學和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）是國內質量最好的激光晶體，而且出口伊朗；上海光機所用溫梯法制備的摻鈦藍寶石，摻雜濃度高，效率高，也對外出口……由于我國在無機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，將我國研究出產的晶體稱為“中國牌晶體”，在一段時期內爭相購買。
產業(yè)規(guī)模日漸擴大
研制的成果必須要投入生產才能產生經濟效益，國內人工晶體產業(yè)化的現況如何？沈院士介紹道：我國現已形成每年數十億人民幣產值的晶體產業(yè)，而且每年還以20％的速度在增長。因此，整個生產狀況還是很好的以水晶為例，我國現在年產量約為1500噸左右，目前國內有江西平板玻璃廠、浙江水晶廠、北京人工晶體研究所等30余家企業(yè)生產水晶。我國生產的水晶不但可滿足國內需求，還有大量出口。我國生產的BBO、LBO、KTP、KN、AL2O3、Nd：YAG、LN等晶體也遠銷美、日、歐等10多個國家和地區(qū)，獲得好評。國內的批量生產單位有：北京人工晶體研究所，山東大學晶體材料研究所，福建晶體技術開發(fā)公司電子部1189、26、209所，中科院物理所，安徽光機所等等。但是，如果我國“十五”期間沒有形成較大規(guī)模的生產能力，不加大投入力度、提高制造技術，我們的優(yōu)勢和市場將丟失。
當前面臨的挑戰(zhàn)
上述成績多半是在“八五”之前取得的。“八五”之后，863“九五”期間，就不再設“人工晶體”專題，而將人工晶體歸并在“光電子材料”專題，這對我國人工晶體的發(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紫外光刻設備的光學晶體氟化鈣，在157nm處有高透過率、極小的應力雙折射、極小的波前畸變，申請了五十余項專利；而國內就顯得相對滯后。
在晶體器件加工方面，我國本來就比較落后。國內切、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賣給日本人。據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、拋加工技術有很大提高，但鍍膜技術還是不行，主要表現在膜的激光損傷性能低。盡管所用的鍍膜設備全都是國外進口、而且是最先進的設備，鍍出的膜的質量還是提不高。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，現在都轉而購買以色列、立陶宛出產的BBO、LBO。
如何保持優(yōu)勢
如何保持我國在人工晶體領域的優(yōu)勢？對此，沈院士提出了自己的一些建議：第一，加強人工晶體的基礎研究，努力研創(chuàng)新型人工晶體，改造成熟晶體，開拓其應用領域。863計劃中是否要恢復“人工晶體”專題，值得探討。第二，加強人工晶體器件制備相關的技術研究，特別是鍍膜技術的研究。第三，國家應該從政策和資金上對骨干企業(yè)及重點項目給予更大的支持。加快以具有自主知識產權的企業(yè)的發(fā)展步伐。第四，加強人工晶體配套的原材料和專用儀器設備等相關產業(yè)的發(fā)展，以穩(wěn)定晶體生長工藝，降低人工晶體的成本，提高產品的市場競爭力，逐步完善人工晶體的體系。第五、推動國有骨干企業(yè)的改革，充分調動職工的積極性。
