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,卻不算無機非金屬人工晶體生產(chǎn)強國,面對高速發(fā)展的機遇,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
我國從上世紀五十年代就開始研究人工晶體。歷年來在國家攻關(guān)計劃,863、973計劃,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)晶體等無機非金屬晶體的研究。盡管研究經(jīng)費的投入比國外低得多,又經(jīng)歷多次政治運動,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,在無機非金屬人工晶體領(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(yīng)用,推動了激光技術(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(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;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(chǎn)的晶體稱為“中國牌晶體”,在一段時期內(nèi)爭相購買。
產(chǎn)業(yè)規(guī)模日漸擴大
研制的成果必須要投入生產(chǎn)才能產(chǎn)生經(jīng)濟效益,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等晶體也遠銷美、日、歐等10多個國家和地區(qū),獲得好評。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。“八五”之后,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,申請了五十余項專利;而國內(nèi)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(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)備全都是國外進口、而且是最先進的設(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(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計劃中是否要恢復(fù)“人工晶體”專題,值得探討。第二,加強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(chǎn)權(quán)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(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、推動國有骨干企業(yè)的改革,充分調(diào)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(shù)幾個領(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
我國從上世紀五十年代就開始研究人工晶體。歷年來在國家攻關(guān)計劃,863、973計劃,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)晶體等無機非金屬晶體的研究。盡管研究經(jīng)費的投入比國外低得多,又經(jīng)歷多次政治運動,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,在無機非金屬人工晶體領(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(yīng)用,推動了激光技術(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(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;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(chǎn)的晶體稱為“中國牌晶體”,在一段時期內(nèi)爭相購買。
產(chǎn)業(yè)規(guī)模日漸擴大
研制的成果必須要投入生產(chǎn)才能產(chǎn)生經(jīng)濟效益,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等晶體也遠銷美、日、歐等10多個國家和地區(qū),獲得好評。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。“八五”之后,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,申請了五十余項專利;而國內(nèi)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(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)備全都是國外進口、而且是最先進的設(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(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計劃中是否要恢復(fù)“人工晶體”專題,值得探討。第二,加強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(chǎn)權(quán)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(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、推動國有骨干企業(yè)的改革,充分調(diào)動職工的積極性。