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世界著名的晶体材料科学家、北京人工晶体研究发展中心主任、中国科学院理化技术所研究员、博士生导师、中国科学院院士、发展中国家科学院院士——陈创天 |
| http://www.chinafm.org.cn 2009-10-09 06:55:21 |
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陈创天 男，1937年出生，浙江奉化人，国际知名的晶体材料科学家，中国科学院理化技术研究所研究员，博士生导师。现任北京人工晶体研究发展中心主任，国家“973计划”项目（2006～2010）“光电功能晶体结构性能、分子设计、微结构设计与制备过程的研究”课题负责人，“深紫外全固激光源前沿装备自主研制工程”重大专项首席科学家（2006～2009）。1962年毕业于北京大学物理系，1990年当选为第三世界科学院（发展中国家科学院）院士，2003年当选为中国科学院院士。
陈创天1937年2月18日出生于奉化斗门头的一个知识分子家庭。和所有水乡的孩子一样，陈创天的童年是泡在“水”里长大的，山清水秀、小桥流水的江南水乡斗门头，每一片草叶都留下了他童年成长的足迹。小时候他就非常喜欢自然科学，幼小的心里总是充满着对大自然的好奇，充满着许许多多的问号。他在进化小学读完高小和奉化中学读了初一后，随父亲到了沈阳，就读于沈阳二中。1956年他以优异的成绩考取了北京大学物理系。北大严格的基础教育、优良的师资、浓厚的科学氛围和民主的学风，使陈创天在这里受到了国际一流的教育，也使他树立了远大的志向和目标。他暗下决心：要成为中国科学事业的栋梁，为中国科技事业赶上国际先进水平奋斗一生！6年之后，他师从我国著名化学家卢家锡，进入中科院福建物质结构研究所工作。陈创天的主要研究领域是光电功能晶体材料。光电功能晶体是光电子技术领域的重要基础材料。利用光电功能晶体能对光波进行频率、偏振、幅度等控制，被称为“光学半导体”。它在信息、激光高技术、医疗、国防等领域具有重大的应用价值。光电子产业的高速发展对新型光电功能晶体的发明提出了迫切要求。中国现代人工晶体技术在起步较晚的情况下，如何依靠自己的技术走上自主创新的道路，并能在非线性光学晶体研究领域领跑于世界？深紫外激光源的发现及应用有着怎样的意义？六倍频激光特殊在什么地方？怀揣着这些问号，陈创天开始了他的人工晶体研究人生。
勤奋是成功的关键。为了尽快发展我国的光电功能晶体材料，陈创天每天都要工作到深夜12点之后，这个习惯一直保持到他60岁那年。即使是在20世纪60年代末70年代初的那段特殊的日子里，研究所每晚熄灯最晚的也是他的办公室。当时的生活环境、工作条件极差。研究所用来计算的只有手摇计算机，笨重的计算机一年的工作量，如果用现在的电脑来操作，大概2、3分钟就能解决。为了计算晶体的非线性光学参数，陈创天整天呆在实验室里日复一日，年复一年地重复着常人难以理解的枯燥无味的计算。多年后的今天，陈创天回忆起在物质结构所的这段日子时，感慨地说：“搞科学研究，需要付出一辈子的心血。要攀登科学研究的顶峰，就要有献身科学的精神，甘守清贫寂寞的生活，不为金钱所诱惑”，要“实事求是、艰苦奋斗、努力创新”。正是这十二字金字口诀，激励着陈创天夜以继日、孜孜不倦地探索晶体的奥秘。1968年，陈创天对非线性光学晶体的结构与性能相互关系已形成了一个基本的理论模型，用这个理论模型可以较好地解释非线性光学晶体的微观结构和宏观性能之间的关系。1976年，陈创天通过大量的科学实验提出了“晶体非线性光学效应的阴离子基团理论”，得到国内外学术界的高度评价，被国内外同领域的科学家逐渐接受并成功用于指导新型非线性光学材料的探索研究。1977年，陈创天正式被卢嘉锡所长任命为非线性光学材料探索组组长，从此开始了对晶体的系统研究。 1979年陈创天领导的研究团队发现β-BaB2O4（简称BBO）有可能是一个新的非线性光学晶体。为证实这个发现，陈创天和他的研究团队通过大量实验，付出了超常的努力，苦苦研究了3年，最终确定BBO晶体的确是一个很有应用前景的紫外非线性晶体，此后，他们又相继发现了LBO晶体，并得到了国际学术界的认可，被誉为“中国牌晶体”，BBO晶体还获得了1986年度中科院科技进步奖特等奖，LBO晶体也获得了1990年度中科院发明奖一等奖，1991年度国家发明奖一等奖。陈创天说，其实正式宣布发现BBO是在1984年，因为当时陈创天在国际上没有什么名气，外国人不太相信如此高难的研究，中国人能取得突破，因此该发现并没有受到重视。1985年底，美国斯坦福大学的专家邀请陈创天去合作研究，于是他就带了几块晶体去，经过测试，结果令美国同行大吃一惊，他们怎么也没想到我们的晶体性能远远超过了其它国家。当陈创天在旧金山重新公布BBO性能时，引起了全场的轰动。这次会议后，BBO晶体正式被国际学术界认可为一个优秀的非线性光学晶体。两年之后，陈创天又报告发现了LBO晶体，也很快被国际学术界接受。这两种晶体分别被权威机构授予1987年、1989年最佳产品奖并畅销至今，每年销售收入超过1000万美元。
但陈创天认为，“BBO、LBO主要是在产业界起作用，并没有产生新的波长，从科学意义上来说贡献不大，KBBF产生了新波长，这才是真正对科学作出的贡献，也进一步确立了中国在该领域的国际领先地位。”KBBF晶体是目前唯一可直接倍频产生深紫外激光的非线性光学晶体，是在非线性光学晶体研究领域内，继BBO、LBO晶体后的第三个“中国牌”非线性光学晶体，美国“自然”杂志称“中国实验室成为这种具有重大科学价值的晶体的唯一来源，它表明中国在材料科学领域实力日益增强”，“其它国家在晶体生长方面的研究，目前看来还无法缩小与中国的差距。”从2001年开始，针对KBBF晶体层状习性严重，晶体不易长厚的缺点，陈创天研究团队和山东大学晶体所蒋民华院士研究组合作，在KBBF晶体生长上获得突破，使KBBF晶体的厚度增加到1.8mm，但此厚度仍不足以按相位匹配方向切割加工出合格的倍频器件。于是陈创天研究团队又同中科院物理所许祖彦院士研究组合作，他们通力攻关，不懈努力，首次提出了国际上前所末有的KBBF晶体的棱镜耦合技术，首次制作成功光接触KBBF-GaF2棱镜耦合器件。此前，科学家只解决了把红外转到可见光区的问题，无法实现紫外和深紫外。自陈创天和他的研究团队发明KBBF晶体和国际上独一无二的棱镜耦合技术后，在国际上首次实现了Ti-Sapphire激光的4倍频、5倍频输出（200nm～170.0nm），和Nd：YVO4激光的6倍频输出（177.3nm）并获得了3.5mW的有效功率，引起了国际学术界的极大反响。2005年3月2日，中日科学家分别在北京和东京发布消息称，双方合作建造的超高分辨光电子能谱仪其分辨率已达到0.36meV，线宽0.009nm，光子能量高达6.994eV，光子流密度达1015/s，每个光子的能量精确度达到0.26meV，从而保证仪器的总体分辨率达到0.26meV，而此前这类能谱仪的能量分辨率都在1meV以上。消息发布后，国人扬眉吐气，外国人侧目相看，不能不说这是我国科学技术的一大进步。另外，这一相干光源还将推动光刻技术、纳米级微机械加工的发展。
写到这里，有必要介绍一下何为棱镜耦合技术。它是用两个棱镜通过光胶耦合在KBBF晶体两面，将光耦合进晶体实现相位匹配，解决了六倍频匹配问题。其中，陈创天及其研究团队采用自己的设计加工技术对研磨抛光工艺进一步改进，获得了近乎完美的光胶面接触，棱镜耦合器件的整体透过率超过90%，单接触面的光损失小于3%，这已经全面超过了日本器件的加工水平。
KBBF晶体的棱镜耦合技术是我国具有国际领先地位的自主知识产权的一个核心技术，是我国独有的。它被誉为是中国科学家对国际科学事业的一大贡献。使用该棱镜耦合装置，激光通过它时波长可缩短一半，从而产生了177.3nm的相干光，并可把这一新型激光源装备到光电子能谱仪上。目前深紫外激光超高分辨率光电子能谱仪只有两台，一台在日本，也是和陈创天院士研究团队合作研制成的，一台在科学院物理所。陈创天说，用这个激光源装备的光电子能谱仪，人类首次实现了直接观察超导体在超导态时的超导能隙，并为取得193纳米光刻技术系统中所需要的全固态光源奠定了基础。目前，棱镜耦合技术已获中国、美国和日本发明专利授权。美国斯坦福大学、布鲁克海文国家实验室等国际上很多重要的实验室都希望用这一光源来建设、更新太慢的光电子能谱仪。中科院为了推动我国自主知识产权的装备研究，决定KBBF晶体的棱镜耦合装置暂时不对美国出售，这是我国第一次在高技术领域对发达国家说“不”。
据陈创天院士介绍，这种由KBBF晶体所产生的深紫外光源已发现了很多重要的应用，比如，借助这台激光光电子能谱仪的超高分辨率，我们能够更仔细地了解固体的特性，直接观察到超导体在超导态时的超导电子态密度的变化，这是用其它实验方法所不能做到的。2006年底，中科院物理所和理化所合作使用同类深紫外光源（177.3nm），研制成功超高分辨角分辨光电子能谱仪。日本研制的仪器，只能测量电子在固体中的能量，而我国研制的这台新仪器，能同时高精度的测量电子在固体中的能量和动量，这进一步增强了激光超高分辨率光电子能谱仪对研究高温超导体和其它固体中电子奇异特性的功能。因此这两台新型光电子能谱仪的研制成功，将会对超导体超导机理的研究和固体中其它电子奇异特性的了解提供极为重要的实验数据，大大促进研究进程。将来还有可能取代电子束用于集成电路母版制作；此外在化学动力学研究、光电子发射显微镜等方面也有很大的优越性。陈创天院士相信，随着全固态深紫外光源的发展和技术的成熟，将来还会发现更多的应用，从而使这一光源在科学研究和高技术领域发挥更大的作用。
陈创天院士数年如一日地在非线性光学晶体材料领域艰苦跋涉，取得了多项创造性成果。他和他的团队曾荣获1986年度中科院科技进步奖特等奖，LBO晶体获得1990年度中国科学院发明奖一等奖，1991年度国家发明奖一等奖，BBO、LBO晶体还分别于1987、1989年获得美国光电子产业界颁发的十大光电子产品奖，他还获得第一届陈嘉庚物质科学奖，第三世界科学院（发展中国家科学院）化学奖，2007年与许祖彦院士、蒋民华院士共同荣获“求是杰出科技成就集体奖”，颁奖者是诺贝尔奖获得者杨振宁先生。多年来，陈创天研究组先后获得了中国、美国、日本、俄罗斯等国家的发明专利10余项，在重要的学术期刊上发表SCI摘要论文100余篇，其中被授予中国专利的“用三硼酸锂单晶体制造的非线性光学器件”和被授予美国专利的“LiB3O5 Crystal and its Nonlinear Opticalde Vices”获得了日内瓦世界知识产权组织颁发的中国专利金奖，每年能为国家创造经济效益数百万美元以上。
面对如此众多闪光的成绩和荣誉，陈创天却表现得十分坦然，他从不居功自傲，而是谦恭让人，宽宏大量。他说：“对我来说，将来科学界能记住中国人发明的KBBF大幅度提高了光电子能谱仪的分辨率和性能，就足以让我欣慰了。”
他认为，作为一名科研工作者，首先要有远大的志向，心里要装着国家民族，科研探索的路上纵然有千难万险，有无数的困难和挫折，只要有坚定正确的方向，就能创新，就能做出别人做不到的事情。其次还要学风踏实，坚持科研工作，因为科学是长期思考下的灵感闪现。对于新来的大学生，他总是要求他们首先要有一个脱胎换骨的改造，要真刀实枪地干。他认为只要能坚持，就一定能出成绩。
40年前，陈创天院士选择了晶体研究，从此，与晶莹剔透的晶体结下了不解之缘，直到40年后的今天。40年光阴荏苒，陈创天已从青春年少的小伙子变成了两鬓斑白的古稀老人。他的人生铭刻着时代的印迹，交织着历史的变迁。岁月的流逝无法改变他执著献身祖国晶体事业的雄心壮志。无论在什么情况下，他始终坚守，全心投入，无怨无悔，不改初衷。我们从他的身上看到的是中国非线性光学晶体的发展史，感受到的是他对自己理想与信念始终如一的执着与坚守。
（周洪英 卢利平 整理）
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