上海硅酸盐研究所副研究员 余金梁
宝石浑身是宝，既是珍贵的饰品，又是高科技材料，激光便是在研究红宝石过程中被发现的。宝石是α-Al2O3刚玉晶体，模氏硬度为9，其基质内部含有微量Cr2O3者为红色，称为红宝石，含有TiO2者为蓝色，称为蓝宝石，不含有着色离子者为无色透明，称为白宝石。人们喜受漂亮的颜色，亮丽的光泽和坚硬耐磨可收藏传世的特性，便把它制成戒指、耳环、项链和各种饰品，把人们装扮得更加华丽和高贵。在宝石饰品中有一种叫猫眼宝石，主要是宝石在天然形成过程中夹杂着一些液线物质所致，但这种宝石极其稀少而又像猫的眼睛那样明亮好看，因而特别珍贵。尽管天然宝石遍布全球，但其藏量稀少，满足不了人们对它的需求，因而科学家们在一百多年前须不断寻求人工制造宝石的方法，而最有价值的方法是1890年法国化学家维纳尔(Vernenil)发明的焰熔法，主要是用纯净的氧化铝作原料以氢氧焰的焰熔炉培育红宝石大晶体的方法。这种方法被推广到工业上以后，大量的红宝石晶体便被生产出来了，维尔纳法也称焰熔法从此便闻名于世，直到目前为止这种方法仍然广泛被应用。维尔纳法的主要优点是不需要容器，设备简单，操作方便，燃料纯净不会沾污晶体，晶体的生长速度快，晶体生长的形状可以控制，生长晶体的尺寸不受限制等等。目前有些工厂的生产规模可达200多台炉子，每个工人可操作15-50台炉子，有些工厂每天可生产宝石30多公斤，大大地开发了宝石的应用范围，宝石已不再局限于装饰品的应用范围了，而在工业、激光、医疗、科技、国防等各个领域都可看到宝石应用的踪影，特别是在仪表和钟表的轴承上其用量更大，红宝石的用量除了水晶以外，是没有其他晶体可以与之比拟的。
1962年我在张绶庆先生领导下从事激光红宝石长杆晶的研究工作，红宝石之所以成为激光材料，主要是由于红宝石的Cr+++离子在受到外加光源的激发后下由于能量跃迁的关系能产生出另外一种光，这种光是由于受光激后出来的，所以人们称它为激光，其波长为6943 。这种光不像手电筒那种光会散射，并随着发射的距离越长便越散射而到极远处时那里的光便完全被消失了，而激光却不会散射不会消失的。因而对物体便有很强的穿透性，科学家们利用激光的这种穿透性便把它应用于激光打孔，激光医疗，激光传输，激光科技以及激光在国防上的应用等等。我们当时研究的目标是激光打导弹，因为光速比导弹的速度快，完全存在着这种可能性。经过一段时期的大会战攻关。努力攻克在研究过程中的各种难关，诸如原料配比、粉料粗细、下料速度、炉子结构、火焰形状、晶种取向、生长速度、以及晶体缺陷中的气泡、夹杂、云层、颜色分布、晶体的开裂、晶体的退火和加工、特别是晶体的性能如功率输出、能量大小等等，终于采用焰熔法生长出了一米长的激光大宝石(φ28x1020毫米)，并于1978年荣获全国科学大会重大科技成果奖。后来又根据国家需要将这种激光红宝石的生长技术推广给了河南焦作激光技术研究所，为当时的激光打孔、激光科技作出了积极贡献。在以后的军转民过程中又将这种技术变为民用，推广给了福建等省市进行装饰用宝石的生产，产生了可喜的经济效益和社会效益。总之，大尺寸激光红宝石的研究成功，在我所一室范围内与大面积人工合成云母，大尺寸铌酸锂，大尺寸钼酸锂，经鉴定为国际先进水平的铌酸钡钠以及举世触目的BGO等晶体研究成功，共同培育出了一大批晶体生长的研究骨干，为我所晶体生长的研究发展奠定了坚实的基础，并瞻望未来发展的远景。历史虽然过去，但回味确是无穷的。