2018年10月，一位偉大的中國科學家離開了我們，在其逝世一週年之際，讓我們一起懷念這位為國家發展做出偉大貢獻的科學家，他的研究成果全球僅中國掌握，美國整整花費了15年才打破中國的技術封鎖。
這位偉大的科學家名叫陳創天。
1937年2月18日，陳創天出生在浙江省奉化市大橋鎮斗門頭村的一個知識分子家庭。新中國成立後，為了支援東北建設，陳創天隨著做會計師的父親，全家遷至遼寧省瀋陽市，在東北完成了自己的學業，最後考入了北大物理系。
當時新中國剛剛成立，所有人都有著一顆為新中國建設奉獻一生的熱情，陳創天也不例外，當時的北大名師雲集，有與與玻恩合著《晶格動力學理論》的中國半導體技術奠基人黃昆，有熱力學統計研究物理開拓者王竹溪、有著名物理學家郭敦仁、褚聖麟、胡寧等，在他們的培養下，陳創天在物理之路上踏步向前，並且確定了自己的終生追求：
“立志成為中國科學事業的棟樑，為中國科學技術趕上國際先進水平而努力奮鬥一生！”
1962年，陳創天前往中國科學院福州市的華東物質結構研究所（現為中國科學院福建物質結構研究所）。在盧嘉錫的指導下開始為期3年的化學學習，並且自學結構化學、量子化學等知識。
而這個時候，陳創天也確定了自己的終生研究方向——非線性光學材料結構和性能之間的關係。
非線性光學材料是指光學性質依賴於入射光強度的材料，非線性光學性質也被稱為強光作用下的光學性質，主要因為這些性質只有在激光這樣的強相干光作用下才表現出來。
我們要知道，激光技術被稱作是20世紀的四項重大發明之一，經過半個多世紀的發展，其已廣泛應用於高科技領域，例如光顯示，光通信，生物醫療激光設備，激光先進製造，航空航天、核聚變、高能尖端武器等。尤其是激光武器和核聚變，激光武器以速度快、射束直、射擊精度高、抗電磁干擾能力強著稱。激光束以30萬千米/秒的速度傳播，瞄準即意味著擊中目標。在未來戰場之上，是具有決定戰場勝負的重要武器。
因此，促進激光技術的發展被世界各強國列為了國家級發展計劃，如美國的“激光核聚變計劃”、德國的“光學促進計劃”、英國的“阿維爾計劃”、日本的“激光研究五年計劃”等。
激光晶體就是屬於非線性光學材料的一大類，也是屬於激光設備的上游關鍵零部件，所有的激光設備，都離不了激光晶體，他們必須通過激光晶體的受激輻射，才能發射出特定頻率的激光。
當前，激光技術迅猛發展，激光器也趨向於全固態，高效率，多功能和小型化方向發展，使得激光晶體作為高增益介質對激光技術的研究和應用過程中佔據越來越重要的位置。
摻釹釩酸釔激光晶體
所以陳創天院士對於非線性光學材料的研究可以說對國防民生具有重要的作用。
而陳創天在這研究似乎有著天生的天賦，1968年，陳創天提出非線性光學效應是一種局域化的效應，是組成晶體的基本結構單元——陰離子基團的微觀倍頻係數的幾何迭加，陰離子基團的微觀倍頻係數可以通過陰離子基團的局域化、量子化學軌道波函數，通過二級微擾理論算出來。
陰離子基團的不同排列方式
這就是世界著名的陰離子基團理論。它解釋了各種主要類型非線性光學晶體的結構與性能相互關係,被國內外的同領域科學家逐漸接受併成功地用於指導新型非線性光學材料的探索研究。
最初陳創天在進行非線性光學材料的探索時候將目光聚焦到了氧八面體上，但是這個時候美國已經開展了研究，陳創天認為這樣很難超越美國，就把研究重點放在了紫外光譜區的非線性光學晶體研究上。
再經過了多年的努力研究，陳創天帶領團隊在BBO上再度取得突破——使用熔劑生長法，在世界上首次成功生長出釐米級尺寸的BBO單晶體，也就是如今國際同行口中的“中國牌晶體”。
1986年，在美國舊金山召開的國際量子電子學和CLEO會議上，陳創天報告了BBO 的性能。報告結束後，會場一半的參會人員跟著他一起出去，想要進一步瞭解 BBO的情況，導致後來的會議無法繼續。這種情況在美國量子電子學會議上是極少見的。
BBO 晶體後來被廣泛應用於1064nm Nd:YAG激光器之二倍頻、三倍頻、四倍頻和五倍頻。以及用於染料激光器和鈦寶石激光器之二倍頻、三倍頻、和頻、差頻等。還有就是用於光學參量振盪、放大器等
1987年，陳創天團隊發現並生長出第二塊“中國牌”非線性光學晶體三硼酸鋰（LiB3O5），也就是LBO。該晶體的化學性能穩定，機械硬度高，不潮解，對於某些非線性光學加工極具吸引力。已經能夠長出大尺寸、高質量的單晶，一經問世就獲得了國際激光科技界和工業界的廣泛認可。
而也正是因為陳創天院士的創新性研究，LBO晶體的銷量曾一度超過全球市場份額的80％。 BBO晶體全球市場市佔率 40%，可以說具有壟斷性地位，從而這些晶體也被外國人稱之為“中國牌晶體”，這些都是陳創天院士的貢獻。
到了80年代末90年代初，非線性光學晶體接連已經將Nd：YAG激光波長從近紅外拓展到可見光，甚至近紫外波長區。這帶給人們一種隱約的希望：肯定也存在這樣一種非線性光學晶體材料，能使激光波長拓展到深紫外光譜區。
在當時，雖然人們已經發現掌握了許多非線性光學晶體，但是波長小於200nm的深紫外波段，一直是個神秘又難以逾越的坎，由於深紫外激光源的缺席，許多重要的科學研究只得擱置。因此，深紫外全固態激光器的研製也成為了眾多國家一直想要掌握的核心技術。
1991年，陳創天院士利用國家撥款的15萬元項目基金在發現硼酸鹽系列非線性光學晶體後，運用分子設計工程學方法發現了KBBF晶體。5年後，他證實了此晶體可實現深紫外相干光輸出，最短波長達到184.7nm，打破了國際激光界長期以來的“200nm壁壘”。
這種晶體是目前唯一可通過直接倍頻方法實現深紫外諧波光輸出的非線性光學材料。
KBBF晶體能夠縮短激光的波長，裝備該晶體的各種激光器能發出具有極窄頻寬的紫外光波，除了可以用來製造激光武器之外，還可測量固體電子能級的分辨率達到360微電子伏特;並可用於建造 超高分辨率光電子能譜儀、超導測量、光刻技術等前沿科學研究，對未來的激光武器、微納米加工、生物醫學、激光電視等將產生深遠影響。
比如在材料學領域研究需要一種名為光發射電子顯微鏡（PEEM）的設備，PEEM主要利用發射X射線或者紫外光激發物質表面並探測其表面原子釋放的電子成像。
傳統的PEEM的空間分辨率只能達到20-50NM，但很顯然這是不夠的，現今英特爾集成電路都已經達到10NM級別。然而有了KBBF，就可以製造170nm波長深紫外相干激光器，利用它為光源的PEEM分辨率可以小於2nm，極大地提高PEEM的使用效率。
還有就是KBBF是製造兆瓦級激光器的理想原件，美國YAL-1激光反導試驗飛機的發射功率就是1兆瓦。
像美國早在70-80年代研究太空激光武器的時候曾研究深紫外波段的激光（176納米波長）攔截來襲洲際導彈的可行性。而KBBF晶體的誕生給予了這種設想成功的可能性。
在此之後，陳創天帶領團隊再接再厲，通過與其他研究人員相互配合，發明了KBBF晶體稜鏡耦合技術，獲得中、美、日專利授權，保障了中國在深紫外固體激光方面的國際壟斷地位。
2006年底，中國科學院物理研究所和理化所合作，使用KBBF稜鏡耦合器件，進一步研製成功超高分辨角分辨光電子能譜儀，能同時高精度的測量電子在固體中的能量和動量，這進一步增強了激光超高分辨率光電子能譜儀對研究高溫超導體和其他固體中電子奇異特性的功能。
這一重大科研成果引起了世界同行的高度關注。美國幾家重要研究實驗室和大學，例如IBM公司、斯坦福大學，布魯克海文國家實驗等都已向中科院來函，要求提供KBBF稜鏡耦合器件。
而由他擔任首席科學家的國家重大科研裝備研製專項“深紫外固態激光源前沿裝備”的完成，更使我國成為目前世界上唯一能夠製造出實用化、精密化全固態激光器併成功應用於前沿裝備的國家。
最重要的是，陳創天院士研究組於2005年陸續發現了RBBF、CBBF等非線性光學晶體，從而拿到了完整的KBBF族非線性光學系列晶體。而在此基礎上研發的深紫外全固態激光器， 中國是唯一能實用化製造國家。可以說，達到深紫外波段的KBBF晶體技術，中國領先了美國15年。
2009年，因為KBBF晶體的重要性，中國正式對國外實施技術封鎖。小到教學科研，大到激光武器的製造，很多都需要KBBF晶體，這造成了海外KBBF晶體稀缺，科羅拉多大學的物理學家丹尼爾，視KBBF晶體為“最寶貴的財產”。由於發生激光會損耗晶體，他捨不得輕易使用KBBF，只將其用於最重要的實驗……美國布克海文國家實驗室凝聚態物理學家Peter Johnson稱陳創天院士也曾允諾給他一塊KBBF，但因限制未能兌現。
由於KBBF晶體技術全球僅有我們掌握，美國國防研究和國土安全評估部門對此甚為煩惱。當時美國《自然》雜誌刊登文章稱，中國開始禁運KBBF晶體，將對美國相關領域的研究產生嚴重影響，呼籲開始研製美國自己的KBBF晶體。
2009年《自然》雜誌文章《中國藏匿的晶體》報道中國禁運KBBF晶體
當時美國企圖高價向陳創天院士購買KBBF晶體，被陳創天拒絕，後來還想通過重金聘請陳創天去美國，從而達到不勞而獲的目的，又被陳創天給嚴詞拒絕。
也正是從2009年開始，美國政府開始直接對APC公司已經8年的KBBF項目撥款，項目啟動資金約15萬美元，此後又在2011年追加50萬美元，完成了項目相關預研。此後進入正式的研製開發階段，迄今項目耗資“數百萬美元”（具體數字沒有查詢到）。
總共花費了整整15年的時間，2016年，美國APC（先進光學晶體）公司網站發佈聲明，宣佈該公司與克萊門森大學合作，研製出氟代硼鈹酸鉀晶體（KBBF），這種激光晶體能夠用於製造深紫外激光器。
美國APC公司研製的KBBF晶體
該公司聲明稱，他們製造的晶體可以與中國製造的晶體相媲美，在部分關鍵技術領域超過中國同類材料。聲明中表示，這種晶體將提高美國探測國防威脅的能力，同時也將為科學研究和測量技術提供新的能力，這種材料被認為是“遊戲規則改變者”。
美國APC公司發表研製成功KBBF晶體聲明
然而早在2015年，中國福建物構所發現新型無鈹深紫外非線性光學晶體材料LSBO。
中科院表示：深紫外激光由於波長短、能進行更高精度加工的優點，在半導體光刻、激光光電子能譜儀和激光切割上具有重要的應用。目前，KBe2BO3F2（KBBF）是唯一能實際輸出深紫外激光的非線性光學（NLO）晶體，但是，KBBF含劇毒鈹元素且其晶體層狀生長習性嚴重，因此，急需探索新型深紫外NLO晶體材料。
在陳創天院士的指導下，福建物構所中科院光電材料化學與物理重點實驗室羅軍華課題組經過不懈探索，發現了新型無鈹深紫外非線性光學晶體材料LSBO。
簡單來說，經過15年的努力，美國終於打破了中國激光晶體封鎖 然而中國新一代晶體已經成功。
LSBO晶體既具有適中的雙折射率，能夠實現有效相位匹配倍頻輸出，又具有比KBBF更大的非線性光學效應（2.0倍KDP，約相當於KBBF的1.6倍），並且還顯著克服了KBBF晶體所具有的明顯層狀生長習性。
福建物構所深紫外非線性光學晶體材料研究獲進展
LSBO晶體的光學透過範圍低至186 nm，且不吸潮、硬度適中、易加工。該晶體有別於傳統的硼鈹酸鹽深紫外非線性光學材料，將成為為下一代深紫外非線性光學優秀候選材料，代表了該領域的一個新發展方向。
而這都是陳創天院士所做出的卓越成就，我們才可以在這一領域領先美國達15年，對美國實行技術封鎖。
他曾經說過“要投身於科學事業，首先就要下定決心，把此生無私地奉獻給科學，奉獻給祖國，奉獻給人民。”在新中國成立70週年之際，我們不應該忘記這樣偉大的科學家，正是他們的不懈努力，我們國家才得在複習之路上踏步向前，才可以在僅僅70年的時間裡取得如此多的偉大成就。
前排陳創天、沈珠江、嚴陸光
讓我們一起向這位偉大的科學家致敬，他是我們所有中國人的驕傲！
參考：
《自然》雜誌2009年2月18日457期《Materials science：China s crystal cache》；
經濟日報2010年12月5日《投身於世界上最美好的事業》；
@紫光閣《著名材料學家、中國科學院院士陳創天逝世》
《現代材料動態》2016年 第5期 16-18頁登載文章《美耗時15年突破中國技術封鎖研製出氟代硼鈹酸鉀晶體》
河北日報《悲痛！中國又一位巨星隕落！他臨終遺言竟是......令人淚目！ 》
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