這項關鍵技術中國領先世界幾十年，但產業依然只能「喝湯」

1986年4月28日，48名來自全美各地的頂尖非線性光學、激光材料的科學家們被緊急召集起來，而他們急切要找到的答案只有一個。

「為什麼國際最先進的非線性光學材料的物理思想，不是來自美國，而是來自中國？」

美國馬里蘭州首府，安那波利斯市。

一座光耀美國曆史的城市。美國國父喬治·華盛頓曾在這裏簽署了首份承認美國國家獨立的《1783年巴黎條約》。1783年-1784年，這裏還曾是美國的臨時首都，全美各州議會大廈中最古老建築之一的馬里蘭州議會大廈（Maryland State House）就坐落在此處。

但安那波利斯，這次傳給美國的卻不是好消息。

當天，一場名為《Research on nonlinear optical materials: an assessment》(關於非線性光學晶體的調研）的專題會議在這裏召開。美國學界、業界之所以如此緊張，緣於不久前在美國舊金山舉辦的兩場會議——激光與電光學會議（CLEO）、量子電子學與激光科學會議（QELS）。

在這兩場會議上，橫空出世的「中國晶體」——BBO，深深刺痛了美國人。

BBO是「低温相偏硼酸鋇」這一晶體材料的簡稱，屬於非線性光學晶體。它的非凡之處在於，能夠改變激光的輸出頻率或波長，將近紅外激光（波長為1064nm）轉變為綠光激光（波長532nm）、紫外激光（波長10nm-380nm）等。

激光的波長越短，越能實現高精度的激光加工。

比如，卡着全球晶片製造業脖子的光刻機及其光刻技術，就要靠波長極短的紫外激光去實現。目前，波長小於14nm的EUV極紫外激光就是7nm光刻機的核心光源，也是世界上唯一能夠進行7nm晶片工藝加工的激光技術。

從那時起，中國在非線性光學晶體領域，也是光刻技術的核心材料領域，領先至今。

1986年推出BBO之後，中國很快又研發出LBO、KBBF等光學晶體，持續執全球技術之牛耳。

其中，誕生於1989年的KBBF更是打破了當年國際激光界飽受困擾的「200nm壁壘」，是光學材料史上的驚人突破，其科研價值、工業價值、軍事價值都高得驚人。

在KBBF之前，世界深紫外波段科研裝備一直受能量分辨率低、光子通量小等困擾，就像用500nm粗的激光「手術刀」去雕刻200nm的花紋，幾乎難以完成。

KBBF的突破，極大地推動了中國深紫外領域的科研水平。

2013年，中科院宣佈國家重大科研裝備「深紫外固態激光源前沿裝備研製項目」正式通過驗收，中國成為世界上唯一一個能夠製造實用化、精密化深紫外全固態激光器的國家，而支撐這一成就的核心基礎，就是KBBF晶體。

由於在晶片光刻技術、超導測量等前沿科技的廣泛應用，讓KBBF備受熱捧。中國人對於這項領先世界的技術材料也很慷慨，從不介意向外國出售KBBF晶體。

然而西方國家卻並不領情，尤其是美國，不僅頻繁對中國實施高科技產品技術封鎖，還將中國的KBBF晶體視為戰略物資，用於軍事用途。

直到2009年，中國才意識到這種晶體的戰略意義，正式停止對外出口。這也是新中國第一項對美國反向禁售的高新材料，是中國在高科技領域第一次對美國説「不」。

儘管美國在對別國封鎖技術時通常振振有詞，但當它自己遇到類似的情況時，卻表現出截然不同的態度。他們不停呼籲中國加大開放，還在權威科學雜誌《自然》發表題為「中國把這個晶體藏起來了」的文章指責中國禁運，稱這對美國相關領域的研究產生嚴重影響，並呼籲美國自主研製KBBF。

也是從2009年開始，美國APC公司與克萊門森大學合作，展開了對KBBF的研發與追趕，並於2016年獲得了與中國同類產品相媲美的性能。儘管落後了中國20多年，但據説，不少參與研究的美國科研人員還是喜極而泣。

不過在這期間，中國並沒有坐等美國趕超。在美國獲得KBBF突破之前的2015年8月，中國便研發出新型無鈹深紫外非線性光學晶體材料LSBO，進一步領跑世界，讓美國人深刻體會了一把「剛建成就落後」的心酸。

無論是KBBF、LSBO，還是BBO、LBO，這些被國際市場譽為「中國晶體」的先進材料面世，都離不開一個人，他就是「中國晶體之父」——陳創天院士。

1937年，陳創天出生於浙江省寧波市奉化區的一個知識分子家庭。寧波這片土地從古至今都是人才濟濟，古有心學大家王守仁、「初唐四大家」虞世南，今有中國首位諾貝爾醫學獎獲得者屠呦呦，可謂星河燦爛，人傑地靈。

新中國成立後，為了響應國家號召，支援東北建設，十幾歲的陳創天跟隨做會計師的父親，舉家遷至遼寧省瀋陽市。

在中學一次物理課上，老師講的宇宙「以太論」吸引了陳創天，讓他對物理世界產生了濃厚興趣。憑藉強烈的熱愛與不懈地努力，1956年陳創天成功考入北京大學物理系，跟隨黃昆、王竹溪、郭敦仁、褚聖麟這些新中國最早一批開展物理研究的學術大家學習。

25歲時，陳創天以優異的成績從北京大學物理系順利畢業，進入福州市的華東物質結構研究所（現中科院福建物質結構研究所）工作，在老所長、著名物理化學家盧嘉錫的支持下，選擇了非線性光學材料結構作為研究方向。

陳創天回憶説，「當時正好剛提出『向科學進軍』的口號……所以，我們就抱定一個目標，要通過我們自己的努力，讓國家的科學事業打個翻身仗。」

然而沒過幾年，「文化大革命」興起，猝不及防地打亂了所有人的研究陣腳。

無法正常進行研究工作的陳創天，選擇了專心在家中進行光學理論計算。多年後，他這樣回憶道，「那時，計算非常困難，只有一個手搖的計算機，當時計算花了我整整一年的時間，現在我的學生做，大概只需要一兩分鐘就算完了。」

就這樣，靠着一次又一次的手搖計算，陳創天算出了鈦酸鋇燈晶體的非線性光學系數，並逐漸形成了日後聞名全球的陰離子基團理論，寫出了三篇關於非線性光學的論文，更一步步攻克了非線性光學晶體生長的諸多難關。

更大意義的突破，還在於陳創天決定走出一條自己的道路。

當時，全球的非線性光學材料研究都跟在美國研究後面亦步亦趨，全球關於該技術的研發核心也都在美國貝爾實驗室與杜邦研究發展中心。

陳創天團隊因此認為，如果像其他國家一樣跟隨美國，最多隻能成為美國第二，中國要想真正掌握核心，必須「走我們自己的路，找我們自己的新材料！」。

於是，在極其艱難的環境下，他自告奮勇地帶隊主攻這一領域。

1974年，物構所冒着風險在福州召開了全國晶體生長學術會議。會上，老所長盧嘉錫甚至立下了軍令狀，「我不下地獄，誰下地獄！為了探索非線性光學材料，福建物質結構所先下！」。

日復一日的研究、實驗、計算、修正之後，1979年7月，陳創天終於找到了基於B3O6基團的偏硼酸鋇，併成功合成了低温相偏硼酸鋇——BBO。

BBO的非線性光學性能驚人的優秀，其倍頻係數是美國杜邦研究發展中心當時最領先的KTP晶體的六倍，一舉打破了多項國際記錄。

於是，也就有了文章開頭的那一幕：

在1986年的激光與電光學會議（CLEO）和量子電子學與激光科學會議（QELS）上，BBO引起全美光學界的巨大轟動。

陳創天回憶，「（當時）聽報告的人大概有200多位，等我報告結束，有100多位科學家跟我一起出去，想進一步瞭解情況，結果後來的會議就沒法開了。」

美國也因此緊急召集了48名全美最頂尖光學材料科學家，討論如何應對「中國晶體」的威脅。

此後，陳創天院士一直專注於中國晶體研究。「每天工作12個小時……一般都是晚上12點才睡覺的，無論是困難時期，還是在『文化大革命』時期，都沒有間斷過。」

他不但是國家「973」計劃項目的課題負責人，也是國家重大科研裝備研製專項「深紫外固態激光源前沿裝備」首席科學家，他參與研發的KBBF晶體讓中國成為世界上唯一能夠製造出實用化、精密化全固態激光器併成功應用於前沿裝備的國家。

憑藉對中國晶體研究的傑出貢獻，2018年年初，陳創天院士獲得了國家最高科技獎提名。無比遺憾的是，還沒等到獎項揭曉，他就於當年10月31日因病去世，享年82歲。

讓美國人無法想象的是，當年憑藉BBO震驚了世界光學界的陳創天，其個人現實生活的最大改變之一，卻是工資從86元增加到了154元。

雖然陳創天對此毫無怨言，並不止一次地在媒體採訪、教育學生時説：「投身於科學事業，不要有功利主義，而是要下定決心，把此生無私地奉獻給科學，奉獻給祖國，奉獻給人民。」

除了陳創天外，」中國晶體」的背後，還有許許多多科學家們披星戴月、默默無私地奉獻。

更令人遺憾的是，在非線性光學晶體取得矚目成就的另一邊，卻是中國在整個激光產業鏈的相對薄弱。

激光作為20世紀新「四大發明」之一，被譽為「最準的尺，最快的刀」，無論是工業還是軍事應用，都有着極高的戰略價值。工業激光由激光器產生，從光源種類來劃分，激光器可以分為固態激光器、氣體激光器、半導體激光器、液體激光器、光纖激光器等。

非線性光學晶體材料是固態激光器的重要零部件。除了非線性光學晶體材料外，一個激光器還由泵浦源、偏振片、輸出鏡、稜鏡、透鏡等不同零件組成。

雖然中國掌握了核心材料，擁有最領先的非線性光學晶體，但因為在其他零部件領域遠遠落後於世界先進國家，也難以以此為牛鼻子，推動整個激光產業的協同提升。

激光是個極其複雜的產業鏈，需要多種材料、多種技術、多種零部件的配合工作。只有晶體材料一項的強大是遠遠不夠的，想要中國激光產業的整體強勢，則必須要我們在每一個環節都不能落後太多。

根據申萬宏源數據，當前，中國國內低功率的激光器國產化已經可以達到90%以上、中功率國產化約60%，但高功率激光器的國產化還不足40%。

2019年，中國規模以上激光企業有超過150家，但其中年收入在50億元以上的只有2家，中低端切割、打標、焊接仍是中國激光設備在工業領域的主要應用，高端市場仍舊被IPG、Coherent、Nlight等海外企業佔據。

而且，在激光產業鏈中，上游材料所佔比重並不大，最核心的關鍵環節其實是中游的激光器、激光頭，它在設備中價值佔比高達30%-60%。

因為晶體本身的市場規模有限，即便BBO、LBO、KBBF本身，中國也沒有像其他國家那樣賣出高價錢。由福建物質結構所孵化出的福晶科技，2020年淨利潤也只有1.44億元。

中國激光產業沒有充分利用並享受到中國晶體的價值，一方面是產業協同效應受限沒有發揮出來，另一方面，還源於除了晶體之外的其他配套產業基礎理論領域的創新步伐沒跟上。

一項科學研究的產業化落地要經過三輪創新：理論創新、技術創新、產品創新。其中，理論創新是中國最為薄弱的環節。

陳創天之所能夠帶領團隊在晶體領域取得突破性的成果，正是因為他從理論創新開始着手，通過大量計算，最終形成了突破性的「陰離子基團理論」，成功從源頭上超越了國外理論。

理論優勢帶來的是「降維打擊」，在更先進、更高級的理論指導下，中國晶體才得以順利地超越國際水平，領跑全球。

當今中國不缺產品創新，也不缺技術創新，可我們的基礎理論創新實在落後太多。

華為創始人任正非就在無數場合公開奔走呼籲，中國應該加倍重視基礎理論創新：

「高科技領域最大的問題，是大家要沉得下心，沒有理論基礎的創新是不可能做成大產業的。『板凳要坐十年冷』，理論基礎的板凳可能要坐更長時間。」

「沒有理論突破，小改小革，就是一地』雞毛』。」

當前，中國製造業加速向高端轉型，無論是激光、晶體、還是晶片、工業、機器人……各行各業都有着巨大的發展契機，此時我們比任何時候都更需要回到基礎理論的源頭，成就更多的「KBBF」，才能助力中國製造「打好翻身仗」。

[1]《「中國牌」晶體的探索歷程——陳創天院士訪談錄》中國科技史雜誌

[2]《陳創天院士生平》中國科學院

[3]《激光行業景氣度持續且加速，建議精選行業龍頭標的》申萬宏源研究

[4]《全球非線性晶體領軍者，受益超快滲透率上行》西南證券

[5]《中國製造全球化，激光產業大時代》中信證券研究部