2013年，一期項(xiàng)目完成后，深紫外固態(tài)激光源前沿裝備研制（二期）項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱(chēng)二期項(xiàng)目）啟動(dòng)。許祖彥提出將研究領(lǐng)域從物理、化學(xué)、材料拓展至信息、生命、資環(huán)領(lǐng)域，并研制出6套國(guó)際領(lǐng)先的深紫外全固態(tài)激光源重大科研裝備，建立起“深紫外晶體—激光源—前沿裝備—科學(xué)研究—產(chǎn)業(yè)化”的完整鏈條。
深紫外全固態(tài)激光光發(fā)射電子顯微鏡。
2、攻下實(shí)用級(jí)KBBF晶體
在深紫外固態(tài)激光源的研制中，KBBF晶體是研制鏈條的起點(diǎn)。
KBBF晶體就像一顆小石子，體積很小，層狀結(jié)構(gòu)極易引起解理，很難長(zhǎng)出大而厚的晶體，自然生長(zhǎng)下厚度只有0.1毫米。更難的是，KBBF晶體生長(zhǎng)不能采用傳統(tǒng)的“晶種法”，只能靠自然生長(zhǎng)，即便撒下晶體“種子”，也無(wú)法誘導(dǎo)在其上定向聚集成核并生長(zhǎng)，反而會(huì)在多處自發(fā)成核生長(zhǎng)，最終收獲一大堆小而薄的碎晶體。
1999年7月，陳創(chuàng)天牽頭組建團(tuán)隊(duì)，理化所研究員王曉洋就是其中的一員大將。他于2004年加入陳創(chuàng)天團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)KBBF晶體生長(zhǎng)。
KBBF晶體生長(zhǎng)主要采用“爐海戰(zhàn)術(shù)”，4個(gè)月才能長(zhǎng)出一爐，所以他們就安排了一堆爐子，給每個(gè)爐子創(chuàng)造不同的晶體生長(zhǎng)條件。
每次開(kāi)爐無(wú)異于“開(kāi)盲盒”，而結(jié)果總是不盡如人意。
就在王曉洋極度郁悶之時(shí)，2006年下半年，連續(xù)兩個(gè)周期，有一臺(tái)爐子很“爭(zhēng)氣”地長(zhǎng)出了厚達(dá)3毫米的KBBF晶體?！巴耆珴M(mǎn)足實(shí)用需求！”王曉洋松了口氣，認(rèn)為已經(jīng)解決了晶體生長(zhǎng)難題。
可惜，喜悅有多大，失望就有多大。第三個(gè)及后面幾個(gè)試驗(yàn)周期，KBBF晶體的良品率急劇下降。王曉洋花了很長(zhǎng)時(shí)間才找到原因，原來(lái)是晶體生長(zhǎng)所用原材料的生產(chǎn)廠家換了，此前“兩連勝”的KBBF晶體原料都來(lái)自同一個(gè)廠家，但第三個(gè)周期開(kāi)始前，廠家突然倒閉，他們不得不更換了新廠家，買(mǎi)到的原料產(chǎn)自不同礦區(qū)，所含微量元素也有所不同。
痛定思痛，王曉洋決定從頭制備原料。他們一邊重新生長(zhǎng)晶體，一邊摸索出一套原料制備和提純方法。2013年，一期項(xiàng)目驗(yàn)收時(shí)，他們?cè)趪?guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了批量生長(zhǎng)大尺寸、高質(zhì)量KBBF晶體的技術(shù)。
一次次技術(shù)迭代、性能優(yōu)化讓KBBF晶體的品質(zhì)越來(lái)越高。“到2023年二期項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，我們完全攻克了KBBF晶體生長(zhǎng)工藝難題?！蓖鯐匝笳f(shuō)，二期項(xiàng)目結(jié)項(xiàng)時(shí)，KBBF晶體的良品率從一期項(xiàng)目的10%提升到30%。而如今，KBBF晶體的良品率已達(dá)60%以上，不但滿(mǎn)足了實(shí)用要求，還逐漸走向商業(yè)化。
3、從晶體到激光器
在開(kāi)展晶體攻關(guān)的同時(shí)，激光器的研制也在進(jìn)行。早在一期項(xiàng)目立項(xiàng)之前，許祖彥就已經(jīng)開(kāi)始摸索“如何用KBBF晶體制成實(shí)用化精密的深紫外激光源”。
一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)激光器發(fā)射出的激光以特定匹配角穿過(guò)非線性光學(xué)晶體時(shí)，射出的激光線會(huì)“一分為二”，多出的這束光線的波長(zhǎng)會(huì)變?yōu)樵す獠ㄩL(zhǎng)的1/2，頻率則提升至兩倍。這被科學(xué)家稱(chēng)為“激光倍頻技術(shù)”。
當(dāng)時(shí)國(guó)際上鮮有人涉足波長(zhǎng)小于200納米的固態(tài)激光“深紫外激光”研究。許祖彥等人做了一個(gè)設(shè)計(jì)，如果能夠用好KBBF晶體，1064納米激光經(jīng)過(guò)六倍頻，便可產(chǎn)生波長(zhǎng)177.3納米的深紫外激光。
KBBF族晶體和光膠棱鏡耦合器件。
要實(shí)現(xiàn)這樣的設(shè)計(jì)目標(biāo)，首先需要將晶體和棱鏡無(wú)縫組裝在一起。
起初，許祖彥和陳創(chuàng)天試著將KBBF晶體按照一定方向“粘”在兩個(gè)紫外級(jí)石英棱鏡之間，然而，許祖彥找了兩年多，始終沒(méi)找到既能將棱鏡和KBBF晶體粘在一起，又能透過(guò)深紫外光的光學(xué)膠。
既然沒(méi)有，那就自己造。團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，發(fā)明了光膠專(zhuān)利技術(shù)，用一種特殊工藝將KBBF晶體和棱鏡表面打磨得光滑平整，然后利用分子間作用力，直接讓棱鏡和晶體緊緊耦合在一起。憑借這種沒(méi)有膠的光膠工藝，他們成功發(fā)明了全球首個(gè)KBBF晶體棱鏡耦合裝置，首次實(shí)現(xiàn)1064納米激光的六倍頻輸出，將全固態(tài)激光波長(zhǎng)縮短至177.3納米。
