美国也被封锁了?中国这一技术全球领先,美国到现在都难以超越

2016年初,美国APC公司在官网上发了一则声明,语气里带着压不住的兴奋。声明宣布,该公司与克莱门森大学合作,终于研制出了氟代硼铍酸钾晶体(KBBF),并将其称为"游戏规则改变者"。

这条消息在国际科技圈炸了锅。要知道,这一项目花费了15年时间和数以百万计的美元。一个全球唯一超级大国,耗费十五年才攻克一种中国早就掌握的晶体材料——这事搁谁身上都觉得魔幻。

更魔幻的是,美国兴高采烈宣布"突围成功"的时候,中国科学家们早就不玩这个了,2015年中科院福建物构所率先研发出新的LSBO晶体,不含有金属铍,具有比KBBF更大的非线性光学效应,成为替代KBBF晶体的重要材料。

说白了,人家还在费劲学做第一代产品,中国的第二代已经上路了。这故事,得好好说说。

小晶体卡住大国命脉

很多人第一次听说KBBF这个名字,大概率一脸茫然。它不像5G、芯片、人工智能那样天天上热搜,但它偏偏就是那种"闷声干大事"的技术。

简单说,KBBF晶体,全称叫氟代硼铍酸钾晶体,是已知唯一一种可以直接倍频产生深紫外激光的非线性光学晶体。啥意思呢?

就是只有通过它,才能把普通激光变成波长短到176纳米的深紫外激光。这种特殊的激光,在芯片光刻、精密加工、国防安全等领域都有不可替代的用途。

KBBF还能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、生物医学等也有深远影响。这东西有多稀缺?

在深紫外领域,可用的非线性光学晶体极少,而只有KBBF晶体实现了实用化。全世界范围内,能批量制造这种晶体的,长期以来只有一个国家——中国。

由于KBBF晶体的重要性,Nature期刊专门刊登了一篇题为"中国的晶体秘藏(China's crystal cache)"的文章,文章认为在这个领域其他国家很难在短时间内缩小与中国的差距。禁运之后是什么场面?

KBBF晶体在西方成了稀缺物品,美国科罗拉多大学博尔德分校的物理学家Daniel Dessau之前通过合作得到了一块KBBF晶体,因为有使用寿命,他只将其用于最重要的实验。

美国布克海文国家实验室的物理学家Peter Johnson也曾被许诺过一块,但因限制未能兑现。消息传出后,外国从业者一片哗然。

诸多先进设备对该晶体早已形成依赖,KBBF晶体买不到,这些精密光学设备顿时成为实验室里的摆设。就这么一块指甲盖大小的透明晶体,直接卡住了全球唯一超级大国的脖子。

说实话,习惯了被美国在高科技领域"卡脖子"的中国人,看到这一幕,多少有点"打了翻身仗"的痛快感。

铮铮风骨挡住天价诱惑

这块晶体背后,站着一个人——陈创天。不讲他的生平履历,只说几件事。一个月拿86块钱的科学家,靠一块叫BBO的晶体帮中国抢占了世界80%的市场。那是上世纪80年代的事。

此后,他又花了差不多十年,在1990年带着团队发现了KBBF晶体。当时国际激光界普遍认为,用固体激光器产生波长小于200纳米的激光几乎不可能,KBBF则使激光最短波长达到184.7纳米。

但KBBF有个天生的毛病——它存在严重的层状生长习性,并且原料氧化铍有剧毒。晶体长不厚,没法直接拿来用。

为此,陈创天联合蒋民华院士团队、许祖彦院士团队等开展联合攻关,攻克了晶体生长难关,实现了多种波长的深紫外激光有效输出。技术成熟之后,一开始中国是大方的。

最初,中国并未完全意识到KBBF晶体的重要意义,向全球市场敞开提供。IBM、斯坦福大学等美国顶级机构都曾拿到过这种晶体。

后来,科研人员发现这东西在军事国防领域也有关键用途,事情的性质就变了。2007年,KBBF被禁止对外出口。中国科学家用国际领先的自主创新成果,在高技术领域对外国说"不"。这个"不"说得干脆利落。

接下来是更硬气的一幕:有人出天价向陈创天购买,他的回答简单爽快——"不卖";美国随后开天价年薪挖他,他的回答干净利落——"不去"。两个字,"不卖"。两个字,"不去"。放在今天这个充斥着各种"润学"讨论的互联网上,这四个字简直可以裱起来挂墙上。

2009年,国际期刊《自然》发表题为《中国晶体——藏匿的珍宝》的采访调研文章,认为中国禁运KBBF,将对美国功能晶体相关领域的研究和发展产生严重影响,并断言"其他国家在晶体生长方面的研究,还无法缩小与中国的差距"。后来呢?

2020年8月,商务部、科技部调整发布《中国禁止出口限制出口技术目录》,在人工晶体生长与加工技术项下正式增加控制要点:"KBBF晶体生长与棱镜耦合器件加工技术"。

这意味着,从早年企业自发禁运,到国家法规层面正式纳入出口管制,KBBF的战略地位一步步被确认。2023年,商务部、科技部再次公布更新版《中国禁止出口限制出口技术目录》,KBBF相关技术依然赫然在列。

2018年10月31日,陈创天院士在北京逝世。他走得很安静,但他留下的东西一点都不安静——目前国际上能够实用化的优质非线性光学晶体共有4种,其中3种是在陈创天院士的阴离子基团理论指导下发现和发展出来的。

BBO、LBO和KBBF,三块"中国牌晶体",撑起了全球非线性光学晶体的半壁江山。

代代接力领跑深紫外赛道

陈创天走了,但这条赛道上中国选手的领先身位并没有缩小,反而越拉越大。新一代科研人员所生长的高质量KBBF晶体在市场上供不应求,基于此晶体成功研制出的先进科学仪器取得了多项国际前沿研究成果。

产业端,福晶科技的LBO晶体全球市占率60%,BBO晶体全球市占率40%,打造了从原料合成到镀膜的完整产业链。但中国人的眼光没有停留在KBBF上。

一方面,中科院新疆理化所潘世烈团队以KBBF晶体为原型,获得了无毒、无层状习性的紫外非线性光学晶体Zn₂BO₃(OH),材料更安全、生长更容易;另一方面,更令外界关注的,是中国在深紫外光源领域的新突破直接对接了全球最热门的赛道——芯片光刻。

2025年3月,中科院上海光机所传来重大消息。林楠研究员带领团队,绕过二氧化碳激光方案,使用固体激光器技术成功开发出LPP-EUV光源,已经达到国际领先水平。

这位林楠是何许人?他曾任荷兰ASML公司研发科学家、光源技术负责人,师从2023年诺贝尔物理学奖得主Anne l'Huillier院士,申请和授权国际专利110余项。

林楠团队采用固态激光驱动方案,实现了3.42%的转换效率,已超越苏黎世联邦理工学院等西方顶尖机构。虽然和商用二氧化碳激光光源5.5%的效率仍有差距,但这条技术路线"体积紧凑,效率高",被视为下一代光刻驱动光源的有力竞争者。

不仅如此,今年2月,林楠团队还提出了一种极紫外光高效产生方案,获得了高达52.5%的转换效率,是迄今为止报道的极紫外波段最高转换效率。

从KBBF晶体到LSBO新材料,从深紫外激光器到EUV光刻光源——一条清晰的技术脉络浮现出来:中国在"用光"这件事上,确实走出了一条自己的路。有人可能会问:美国不是也搞出KBBF了吗?

没错,2016年APC公司声称其制造的晶体可以与中国同类产品相媲美,在部分关键技术领域甚至有所超越。但问题在于,到那时候这场比赛的赛道都换了。

中国早就在下一代材料和下一代光源上投下重注,美国费了十五年追上的,不过是中国十年前的起跑线。福建物构所所长曹荣表示:"我国原创晶体在研制和应用上不断取得新成果,始终领先国际。当前我们正积极将人工智能技术应用到晶体设计和生长等环节。"

说到底,KBBF晶体的故事不仅仅是一块石头的故事。它证明了一个朴素的道理——核心技术是买不来、要不来的,只有自己啃下来的硬骨头才真正属于自己。

陈创天院士用"不卖""不去"四个字立起了一根标杆,而后来者正在沿着这条路继续往前跑。对于习惯了被"卡脖子"的中国科技界来说,这段经历既是鼓舞,也是提醒:不能光在一个点上领先,要在整条赛道上持续跑下去。

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更新时间:2026-04-30

标签:科技   美国   中国   全球   技术   晶体   深紫   激光   光刻   光源   领域   生长

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