2018年10月，一位伟大的中国科学家离开了我们，在其逝世一周年之际，让我们一起怀念这位为国家发展做出伟大贡献的科学家，他的研究成果全球仅中国掌握，美国整整花费了15年才打破中国的技术封锁。
这位伟大的科学家名叫陈创天。
1937年2月18日，陈创天出生在浙江省奉化市大桥镇斗门头村的一个知识分子家庭。新中国成立后，为了支援东北建设，陈创天随着做会计师的父亲，全家迁至辽宁省沈阳市，在东北完成了自己的学业，最后考入了北大物理系。
当时新中国刚刚成立，所有人都有着一颗为新中国建设奉献一生的热情，陈创天也不例外，当时的北大名师云集，有与与玻恩合著《晶格动力学理论》的中国半导体技术奠基人黄昆，有热力学统计研究物理开拓者王竹溪、有著名物理学家郭敦仁、褚圣麟、胡宁等，在他们的培养下，陈创天在物理之路上踏步向前，并且确定了自己的终生追求：
“立志成为中国科学事业的栋梁，为中国科学技术赶上国际先进水平而努力奋斗一生！”
1962年，陈创天前往中国科学院福州市的华东物质结构研究所（现为中国科学院福建物质结构研究所）。在卢嘉锡的指导下开始为期3年的化学学习，并且自学结构化学、量子化学等知识。
而这个时候，陈创天也确定了自己的终生研究方向——非线性光学材料结构和性能之间的关系。
非线性光学材料是指光学性质依赖于入射光强度的材料，非线性光学性质也被称为强光作用下的光学性质，主要因为这些性质只有在激光这样的强相干光作用下才表现出来。
我们要知道，激光技术被称作是20世纪的四项重大发明之一，经过半个多世纪的发展，其已广泛应用于高科技领域，例如光显示，光通信，生物医疗激光设备，激光先进制造，航空航天、核聚变、高能尖端武器等。尤其是激光武器和核聚变，激光武器以速度快、射束直、射击精度高、抗电磁干扰能力强著称。激光束以30万千米/秒的速度传播，瞄准即意味着击中目标。在未来战场之上，是具有决定战场胜负的重要武器。
因此，促进激光技术的发展被世界各强国列为了国家级发展计划，如美国的“激光核聚变计划”、德国的“光学促进计划”、英国的“阿维尔计划”、日本的“激光研究五年计划”等。
激光晶体就是属于非线性光学材料的一大类，也是属于激光设备的上游关键零部件，所有的激光设备，都离不了激光晶体，他们必须通过激光晶体的受激辐射，才能发射出特定频率的激光。
当前，激光技术迅猛发展，激光器也趋向于全固态，高效率，多功能和小型化方向发展，使得激光晶体作为高增益介质对激光技术的研究和应用过程中占据越来越重要的位置。
掺钕钒酸钇激光晶体
所以陈创天院士对于非线性光学材料的研究可以说对国防民生具有重要的作用。
而陈创天在这研究似乎有着天生的天赋，1968年，陈创天提出非线性光学效应是一种局域化的效应，是组成晶体的基本结构单元——阴离子基团的微观倍频系数的几何迭加，阴离子基团的微观倍频系数可以通过阴离子基团的局域化、量子化学轨道波函数，通过二级微扰理论算出来。
阴离子基团的不同排列方式
这就是世界著名的阴离子基团理论。它解释了各种主要类型非线性光学晶体的结构与性能相互关系,被国内外的同领域科学家逐渐接受并成功地用于指导新型非线性光学材料的探索研究。
最初陈创天在进行非线性光学材料的探索时候将目光聚焦到了氧八面体上，但是这个时候美国已经开展了研究，陈创天认为这样很难超越美国，就把研究重点放在了紫外光谱区的非线性光学晶体研究上。
再经过了多年的努力研究，陈创天带领团队在BBO上再度取得突破——使用熔剂生长法，在世界上首次成功生长出厘米级尺寸的BBO单晶体，也就是如今国际同行口中的“中国牌晶体”。
1986年，在美国旧金山召开的国际量子电子学和CLEO会议上，陈创天报告了BBO 的性能。报告结束后，会场一半的参会人员跟着他一起出去，想要进一步了解 BBO的情况，导致后来的会议无法继续。这种情况在美国量子电子学会议上是极少见的。
BBO 晶体后来被广泛应用于1064nm Nd:YAG激光器之二倍频、三倍频、四倍频和五倍频。以及用于染料激光器和钛宝石激光器之二倍频、三倍频、和频、差频等。还有就是用于光学参量振荡、放大器等
1987年，陈创天团队发现并生长出第二块“中国牌”非线性光学晶体三硼酸锂（LiB3O5），也就是LBO。该晶体的化学性能稳定，机械硬度高，不潮解，对于某些非线性光学加工极具吸引力。已经能够长出大尺寸、高质量的单晶，一经问世就获得了国际激光科技界和工业界的广泛认可。
而也正是因为陈创天院士的创新性研究，LBO晶体的销量曾一度超过全球市场份额的80％。 BBO晶体全球市场市占率 40%，可以说具有垄断性地位，从而这些晶体也被外国人称之为“中国牌晶体”，这些都是陈创天院士的贡献。
到了80年代末90年代初，非线性光学晶体接连已经将Nd：YAG激光波长从近红外拓展到可见光，甚至近紫外波长区。这带给人们一种隐约的希望：肯定也存在这样一种非线性光学晶体材料，能使激光波长拓展到深紫外光谱区。
在当时，虽然人们已经发现掌握了许多非线性光学晶体，但是波长小于200nm的深紫外波段，一直是个神秘又难以逾越的坎，由于深紫外激光源的缺席，许多重要的科学研究只得搁置。因此，深紫外全固态激光器的研制也成为了众多国家一直想要掌握的核心技术。
1991年，陈创天院士利用国家拨款的15万元项目基金在发现硼酸盐系列非线性光学晶体后，运用分子设计工程学方法发现了KBBF晶体。5年后，他证实了此晶体可实现深紫外相干光输出，最短波长达到184.7nm，打破了国际激光界长期以来的“200nm壁垒”。
这种晶体是目前唯一可通过直接倍频方法实现深紫外谐波光输出的非线性光学材料。
KBBF晶体能够缩短激光的波长，装备该晶体的各种激光器能发出具有极窄频宽的紫外光波，除了可以用来制造激光武器之外，还可测量固体电子能级的分辨率达到360微电子伏特;并可用于建造 超高分辨率光电子能谱仪、超导测量、光刻技术等前沿科学研究，对未来的激光武器、微纳米加工、生物医学、激光电视等将产生深远影响。
比如在材料学领域研究需要一种名为光发射电子显微镜（PEEM）的设备，PEEM主要利用发射X射线或者紫外光激发物质表面并探测其表面原子释放的电子成像。
传统的PEEM的空间分辨率只能达到20-50NM，但很显然这是不够的，现今英特尔集成电路都已经达到10NM级别。然而有了KBBF，就可以制造170nm波长深紫外相干激光器，利用它为光源的PEEM分辨率可以小于2nm，极大地提高PEEM的使用效率。
还有就是KBBF是制造兆瓦级激光器的理想原件，美国YAL-1激光反导试验飞机的发射功率就是1兆瓦。
像美国早在70-80年代研究太空激光武器的时候曾研究深紫外波段的激光（176纳米波长）拦截来袭洲际导弹的可行性。而KBBF晶体的诞生给予了这种设想成功的可能性。
在此之后，陈创天带领团队再接再厉，通过与其他研究人员相互配合，发明了KBBF晶体棱镜耦合技术，获得中、美、日专利授权，保障了中国在深紫外固体激光方面的国际垄断地位。
2006年底，中国科学院物理研究所和理化所合作，使用KBBF棱镜耦合器件，进一步研制成功超高分辨角分辨光电子能谱仪，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他固体中电子奇异特性的功能。
这一重大科研成果引起了世界同行的高度关注。美国几家重要研究实验室和大学，例如IBM公司、斯坦福大学，布鲁克海文国家实验等都已向中科院来函，要求提供KBBF棱镜耦合器件。
而由他担任首席科学家的国家重大科研装备研制专项“深紫外固态激光源前沿装备”的完成，更使我国成为目前世界上唯一能够制造出实用化、精密化全固态激光器并成功应用于前沿装备的国家。
最重要的是，陈创天院士研究组于2005年陆续发现了RBBF、CBBF等非线性光学晶体，从而拿到了完整的KBBF族非线性光学系列晶体。而在此基础上研发的深紫外全固态激光器， 中国是唯一能实用化制造国家。可以说，达到深紫外波段的KBBF晶体技术，中国领先了美国15年。
2009年，因为KBBF晶体的重要性，中国正式对国外实施技术封锁。小到教学科研，大到激光武器的制造，很多都需要KBBF晶体，这造成了海外KBBF晶体稀缺，科罗拉多大学的物理学家丹尼尔，视KBBF晶体为“最宝贵的财产”。由于发生激光会损耗晶体，他舍不得轻易使用KBBF，只将其用于最重要的实验……美国布克海文国家实验室凝聚态物理学家Peter Johnson称陈创天院士也曾允诺给他一块KBBF，但因限制未能兑现。
由于KBBF晶体技术全球仅有我们掌握，美国国防研究和国土安全评估部门对此甚为烦恼。当时美国《自然》杂志刊登文章称，中国开始禁运KBBF晶体，将对美国相关领域的研究产生严重影响，呼吁开始研制美国自己的KBBF晶体。
2009年《自然》杂志文章《中国藏匿的晶体》报道中国禁运KBBF晶体
当时美国企图高价向陈创天院士购买KBBF晶体，被陈创天拒绝，后来还想通过重金聘请陈创天去美国，从而达到不劳而获的目的，又被陈创天给严词拒绝。
也正是从2009年开始，美国政府开始直接对APC公司已经8年的KBBF项目拨款，项目启动资金约15万美元，此后又在2011年追加50万美元，完成了项目相关预研。此后进入正式的研制开发阶段，迄今项目耗资“数百万美元”（具体数字没有查询到）。
总共花费了整整15年的时间，2016年，美国APC（先进光学晶体）公司网站发布声明，宣布该公司与克莱门森大学合作，研制出氟代硼铍酸钾晶体（KBBF），这种激光晶体能够用于制造深紫外激光器。
美国APC公司研制的KBBF晶体
该公司声明称，他们制造的晶体可以与中国制造的晶体相媲美，在部分关键技术领域超过中国同类材料。声明中表示，这种晶体将提高美国探测国防威胁的能力，同时也将为科学研究和测量技术提供新的能力，这种材料被认为是“游戏规则改变者”。
美国APC公司发表研制成功KBBF晶体声明
然而早在2015年，中国福建物构所发现新型无铍深紫外非线性光学晶体材料LSBO。
中科院表示：深紫外激光由于波长短、能进行更高精度加工的优点，在半导体光刻、激光光电子能谱仪和激光切割上具有重要的应用。目前，KBe2BO3F2（KBBF）是唯一能实际输出深紫外激光的非线性光学（NLO）晶体，但是，KBBF含剧毒铍元素且其晶体层状生长习性严重，因此，急需探索新型深紫外NLO晶体材料。
在陈创天院士的指导下，福建物构所中科院光电材料化学与物理重点实验室罗军华课题组经过不懈探索，发现了新型无铍深紫外非线性光学晶体材料LSBO。
简单来说，经过15年的努力，美国终于打破了中国激光晶体封锁 然而中国新一代晶体已经成功。
LSBO晶体既具有适中的双折射率，能够实现有效相位匹配倍频输出，又具有比KBBF更大的非线性光学效应（2.0倍KDP，约相当于KBBF的1.6倍），并且还显著克服了KBBF晶体所具有的明显层状生长习性。
福建物构所深紫外非线性光学晶体材料研究获进展
LSBO晶体的光学透过范围低至186 nm，且不吸潮、硬度适中、易加工。该晶体有别于传统的硼铍酸盐深紫外非线性光学材料，将成为为下一代深紫外非线性光学优秀候选材料，代表了该领域的一个新发展方向。
而这都是陈创天院士所做出的卓越成就，我们才可以在这一领域领先美国达15年，对美国实行技术封锁。
他曾经说过“要投身于科学事业，首先就要下定决心，把此生无私地奉献给科学，奉献给祖国，奉献给人民。”在新中国成立70周年之际，我们不应该忘记这样伟大的科学家，正是他们的不懈努力，我们国家才得在复习之路上踏步向前，才可以在仅仅70年的时间里取得如此多的伟大成就。
前排陈创天、沈珠江、严陆光
让我们一起向这位伟大的科学家致敬，他是我们所有中国人的骄傲！
参考：
《自然》杂志2009年2月18日457期《Materials science：China s crystal cache》；
经济日报2010年12月5日《投身于世界上最美好的事业》；
@紫光阁《著名材料学家、中国科学院院士陈创天逝世》
《现代材料动态》2016年 第5期 16-18页登载文章《美耗时15年突破中国技术封锁研制出氟代硼铍酸钾晶体》
河北日报《悲痛！中国又一位巨星陨落！他临终遗言竟是......令人泪目！ 》
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