这项晶体技术仅中国掌握,美国花费15年,终于突破中国技术封锁

很多人喜欢拿股价衡量一个企业的科技实力,但是很多具有高科技的实体企业一般股价其实都并不好,比如福晶科技,2018年实现营业总收入4.9亿,净利润才1.5亿,总市值也才不过50亿,这样的企业怎么看都感觉好弱。


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可是福晶科技的产品却垄断全球,直接对美禁售,我们来了解一下福晶科技的产品究竟多牛。

福晶科技和其他企业并不一样,它其实是一家将研究成果直接商业化的企业。为什么这样说呢?它由中国科学院福建物质结构研究所(物构所)与43位自然人共同出资组建,成立于2001年10月31日。所以福晶科技获得了物构所的技术支持,汇聚了众多院士毕生的研究成果,比如董事长陈辉就是物构所所长助理、副所长。


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福晶上市


福晶科技这样的企业其实非常不错,它直接将科学家的产品转化为研究成果,而且科学家参股,也可以获得报酬,这样科学家的付出也有了价值。

福晶科技主要从事非线性光学晶体、激光晶体及精密光学元器件的研发、生产和销售,其产品广泛应用于激光、光通讯等工业领域。

晶体属于激光设备的上游关键零部件。激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后,人类的又一重大发现,被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”,大到国防武器,以及汽车 、航空、航天 飞机的焊接、切割,小到我们身边电子产品背后的刻字,应用无处不在。


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但所有的激光设备,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。实际使用情况更复杂,因为对应于不同的场景需求,很多时候还要增加一个“转换器”——非线性光学晶体,以此获得各种不同波长的激光。


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福晶科技主要产品有LBO和BBO、TGG、BIB0、KD*P、BIG、Er:Cr:YSGG等晶体,很多产品都是福晶科技全球独有。

但其实福晶科技的产品是一项非常考验耐心的工作。以LBO晶体为例,偏硼酸锂(LBO)晶体是目前在紫外倍频应用十分广泛的晶体,它是应用阴离子基团理论计算与晶体生长相结合成功发现新晶体的一个实例。它是有陈创天院士发现的,由于LBO晶体具有短的紫外吸收边,宽透光波仙、高光学均匀性,大的有效倍频系数和角度带宽,小的离散色,高抗光操作阈值和优良的物化性质,所以被广泛应用于高功率倍频、三倍频、四倍频及和频、差频等领域。其次,它在参量振荡,参量放大,光波导及电光效应方面也有良好的应用前景。


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LBO晶体一般采用熔盐(高温溶液)法生长,从生长周期来讲,一个LBO晶体的生长周期需要 2-3个月,一年的产量就这么多,所以虽然垄断了全球60%的市场,但是收益其实并不高。BBO警惕生长周期更长了,一个BBO 晶体的生长周期需 3-4 月。

但这也是福晶科技的优势,晶体的研发、生长需要投入大量的资金,需要大量的科技人才,这是很多的企业,尤其是民企所无法办到的,因为他们需要利润,慢生意就是最强的壁垒。而且作为行业霸主,福晶在已经形成超强壁垒之后,还不断投入巨额资金搞研发:从2012年开始,每年的研发投入占营业收入比例都维持在10%左右。


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如今福晶科技发展了熔盐法,提拉法、水溶液法和坩埚下降法等多种晶体生长技术,拥有数控加工、双抛、大型环抛等多种加工手段以及IAD,IBS,EB等镀膜工艺以适应各类不同的应用需求。

可以说,福晶科技打造了一个由“原料合成-晶体生长-定向-切割-粗磨-抛光-镀膜”等工序构成的完整产业链。

简单来说,上中下游一条龙服务,一点汤水都不给别人喝。

当然,这些并不是福晶科技的最强产品,福晶科技的最强产品,美国垂涎已久的KBBF晶体。

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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。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,可测量固体电子能级的分辨率达到360微电子伏特。它可以用于制造威力强大的激光武器,美国在70-80年代研究太空激光武器的时候就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。


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KBBF晶体还可用于建造 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,对未来的微纳米加工、生物医学、激光电视等将产生深远影响。


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陈创天院士


以深紫外激光光发射电子显微镜(PEEM)为例,目前国际上最先进的光发射电子显微镜空间分辨率最高为20nm,而采用全固态激光器后能提高到3.9nm。利用KBBF晶体,我国成为世界上唯一能够制造实用深紫外全固态激光器的国家。该系列前沿装备包括深紫外非线性光学晶体与器件平台、深紫外全固态激光源平台,以及基于这两个平台研制的8台新型深紫外激光科研装备。目前,这8台科学仪器已经在石墨烯、高温超导、拓扑绝缘体、宽禁带半导体和催化剂等一系列重大研究领域中获得了重要结果。


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简单来说,KBBF晶体是国防和民用市场上都无法或缺的重要技术。

KBBF晶体是陈创天院士发现的第三个非线性光学晶体,后来,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。

福晶科技一开始并没有对外禁售KBBF晶体,后来发现这技术影响力实在是太大了,如果美国掌握了,将会产生非常不利的影响,于是在2009年,福晶科技正式对美禁售KBBF晶体。


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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。

美国曾经试图高价收买陈创天院士,希望陈创天院士来美国工作。但是陈创天院士严词拒绝来美国。陈创天院士曾经说过:要达到科学研究的顶峰,就要有献身科学的精神,甘心过清贫寂寞的生活,不要为金钱所诱惑,要实事求是、艰苦奋斗、努力创新。


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面对福晶科技的禁售,美国只能自己搞研发,想突破福晶的技术封锁。

也正是从2009年开始,美国政府开始对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”。

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。

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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”。


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这画风实在是想笑,有一天,美国居然也会发出新闻,说花费15年打破了中国的技术封锁。

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然而,福晶科技如今已经掌握了全新的技术,因为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。

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。

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。

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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。


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不知道美国又要花费多少年来打破福晶科技新的技术封锁。


资料来源

  • 美国用15年打破技术封锁消息来源自北京有色金属研究总院出版的期刊《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》
  • 同样是出自《自然》杂志报道,中国的非线性光学系列晶体产品对美禁售。出自世界权威科学期刊《自然》杂志,报道报道截图见正文。


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