我国科学家突破真空紫外激光技术瓶颈 创世界最短波长纪录

问题——在现代科技体系中,激光因方向性好、单色性强、能量密度高而成为精密测量、加工制造与信息传输的重要工具。

但在更短波长、更高能量的光源领域,真空紫外激光长期面临“能做到却难稳定、能产生却难普及”的瓶颈。

真空紫外一般指波长短于200纳米的紫外光区间,波长越短,单个光子的能量越高,对材料与物质结构的作用更直接,能够把研究和加工的尺度推进到更精细的层级。

然而,这一光源在空气中易被吸收衰减,往往需要在真空或特定气氛条件下使用,也使得其获取、传输与应用的系统复杂度显著提高。

原因——从技术路径看,获得200纳米以下的相干激光,关键在于将较长波长激光通过非线性光学过程“变频”到更短波段,其中直接倍频等方式对晶体材料提出近乎苛刻的要求:既要具备合适的非线性系数,又要在深紫外乃至真空紫外波段保持足够透过率,同时还要满足相位匹配、可加工、可生长与稳定性等工程条件。

长期以来,相关领域能满足直接倍频产生200纳米以下激光的材料选择非常有限,制约了高性能真空紫外光源的获取与迭代。

材料难、工艺难、系统集成难相互叠加,使该领域进展往往依赖少数关键材料的突破。

影响——在此背景下,我国科学家研制出氟化硼酸铵晶体并实现158.9纳米激光倍频输出,意味着在关键材料与极短波长获取能力上迈出重要一步,也刷新了该技术手段可达波长的纪录。

更短波长带来的直接价值,一是为探索微观世界提供更“锋利”的工具。

真空紫外光源可用于精细光谱探测、表面与界面研究等,为理解超导等复杂物理现象机理、揭示化学反应过程中电子结构变化等提供新的观测窗口。

二是为高端制造提供更高分辨率和更强作用能力。

短波长意味着更小的衍射极限,有望推动纳米级甚至更精细尺度的加工、检测与计量手段发展。

三是对空间信息与先进通信等方向形成技术储备。

短波段光源与相关器件、系统协同发展,有望在高容量、抗干扰和远距离传输等需求场景中开辟新思路,服务未来空间应用的关键链条完善。

对策——从科研到应用,仍需在“材料—器件—系统—场景”链条上持续攻关。

首先,要围绕晶体生长质量、尺寸放大、一致性与可靠性建立更完善的工艺体系,解决从实验室样品到工程化供给的跨越问题。

其次,要同步推进光学元件、真空传输与精密控制等配套能力建设,形成可重复、可维护的真空紫外激光系统方案。

再次,要加强面向重大科学问题与产业需求的协同布局,在基础研究平台、先进制造验证线、空间应用先导任务等场景中开展联合验证,尽快形成可量化的性能指标与应用范式。

与此同时,围绕标准体系、测试评价与安全规范等支撑环节,也需要尽早介入,为后续规模化应用扫清障碍。

前景——综合来看,真空紫外激光的发展将进一步拉动高端光学材料、精密制造装备、先进探测与计量等领域的交叉创新。

随着更短波长、更高稳定性、更高重复频率的光源逐步可用,基础研究将获得更高时空分辨的实验条件,先进制造将获得更精细、更可控的加工与检测手段。

更重要的是,关键材料的自主突破有助于提升我国在相关前沿方向上的原始创新能力与供应链韧性,为未来在量子材料、极端条件物理、先进光刻与空间信息等领域的竞争与合作赢得主动。

科技创新的历程往往是从一个个看似微小的突破开始的。

真空紫外激光晶体的成功研制,虽然涉及的是纳米级的微观世界,但其影响却是宏观而深远的。

它不仅代表了我国在基础研究领域的进步,更象征着我国科技工作者在面对国际竞争时的决心和能力。

在新时代的科技竞争中,正是这样一个个"利器"的打造,让我们在探索未知、改造世界的征途中步履更加坚定。