——记重庆连芯光电技术研究院院长马晓燠
　　　
卫婷婷

　　
　　
　　光子最早是由爱因斯坦通过光电效应发现的，它是光线中携带能量的最小粒子，自然界的每一束光都是由大量的光子构成的。现代物理中的两大基石——广义相对论和量子场论都与光子特性紧密相关，所以光子在现代科学研究中具有重要的作用。同时，光子探测也是现代量子学、医学、生物学、化学和核物理等学科的基础探测手段，因此，研究高速、高效的光子探测技术具有非常重要的科学意义和社会意义，也是目前国际上科研及产业化的热点领域。
　　重庆连芯光电技术研究院院长马晓燠一直专注于单光子测量、信号与信息处理等领域的研究，并取得了一系列创新成果。近些年，随着单光子探测技术的快速发展，马晓燠看到了该领域的广阔市场，于2018年与中国科学院光电技术研究所联合成立了重庆连芯光电科技有限公司。作为一家科技公司的负责人，他带领团队围绕中国科学院提出的“三个面向”深入开展了阵列型单光子探测器的研究，力求推动我国弱光探测领域进行科技革新，带动光、机、电等上游产业的发展，以提高我国国防、天文、医学及生物等领域产品的性能和市场竞争力。
　　
寄志科研，勤奋为翼
　　马晓燠的成长之路听起来并不特殊。他的父母都是老师，在科学知识的学习上，对他起到了言传身教的作用，让他自小就对科学很感兴趣，成了一个地道的科幻迷。他从高中开始一直订阅《科幻世界》，每次仰望星空，他都会沉浸在对宇宙的无限想象之中。
　　与中国大多数学子一样，马晓燠也是经过3年的紧张备考，挤过高考这一“独木桥”，然后进入大学学习的。然而，正如大多数人的青春都会有遗憾一样，由于高考失利，他错失了自己最想去的大学，也错失了自己最想学的计算机专业，进入了第二志愿的电子科技大学光电专业。“高考没有发挥好，那时肯定是不好受的，心情也不好。我的一个高中老师跟我说：‘环境虽然重要，但不是起决定性作用的。你想成为什么样的人，想有怎样的发展，最重要的是看你自己的努力。’之后，我一直将这句话记在心中。”
　　进入电子科技大学后，马晓燠学习十分努力。在学习的过程中，他对光电学的兴趣也日渐浓厚起来，大三时，他进入课题组从事量子保密通信的科研工作并发表了一篇文章。大学毕业时，他的毕业设计发表在《光学学报》上。之后，因为成绩优异，他被顺利保送中国科学院光电技术研究所进行研究生学习。
　　博士期间，马晓燠主要围绕地基大口径望远镜中的自适应光学技术展开研究。自适应光学技术可以简单理解为通过动态更换（数千次每秒）地基大口径望远镜的“眼镜”来校正由于大气快速变化引起的望远镜成像模糊问题，从而获取更弱或更远天体的清晰成像，帮助天文学家和物理学家开展科学研究。
　　因为出色的研究表现，博士毕业前一年，马晓燠留所开展研究工作一直到现在。“当时，研究室的领导也找我谈话了。因为我博士期间也参与到了一些国家比较重要的项目中，所以所里希望我能留下来。另外，一些课题想要深入地参与进去，必须要是所里的职工身份。我也考虑了一下，我是非常喜欢科研的，我肯定是要走这条道路的，想了想那就留下来嘛。”马晓燠说。
　　在平时的工作中，马晓燠勤奋、努力并善于发现问题和总结经验，至今已在国内外刊物上发表了论文28篇（SCI收录10篇，EI收录13篇），申请国内发明专利38项（已授权28项），国际发明专利5项（已授权5项）。在2012年和2017年，他分别被破格评为中国科学院光电技术研究所副研究员和博士生导师，并在2018年成为当时中国科学院光电技术研究所最年轻的研究员。
　　2019年7月，在全国创新创业大赛重庆赛区马晓燠带领团队取得了第一名并晋级全国总决赛。团队面对美国禁运的技术，掌握了基于自主改良硅基APD单光子阵列芯片从材料微结构控制、芯片设计、流片工艺、子系统仿真设计、加工装调到产品测试等环节的多项关键技术。这打破了国际相关厂商对我国的技术封锁与价格垄断，大大降低了成本，提升了我国弱光电探测及下游领域的国际竞争力。
　　
坚持不懈，打破封锁
　　地基大口径望远镜是现代天文和物理学发展的基础设备之一，它集中了现代光学、机械和电子学的顶尖科技，因此地基大口径望远镜的建造能力是一个国家科技实力以及科研能力的综合体现。马晓燠博士毕业时正赶上国内最大口径地基光电望远镜研究工程在光电所开展，出色的研究能力让他有机会参与其中，主要负责其中“复合轴精密跟踪系统”的研制工作。
　　大气运动对天体成像模糊的影响有80%以上集中在抖动上，而“复合轴精密跟踪系统”是地基大口径天文望远镜对天体成像时的自动防抖技术,也是获得高分辨力天体图像的基础。
　　为了观测更多更弱的天体，望远镜研制之初就提出了“钠导星”工作模式的设想。“钠导星”工作模式是通过激光在大气的钠层实现人造信标来测量大气的快速运动，然而目标定位还只能依靠目标本身的发光信号来实现。马晓燠发现我国现有的“复合轴精密跟踪系统”无论是在结构上，还是在探测器灵敏度上都不能满足要求。面对此困境，他对望远镜结构详细分析后，针对现有复合轴跟踪系统探测能力和跟踪精度不足等问题展开了研究。
　　当时，在国外对我国单光子探测阵列技术封锁的条件下，马晓燠创新地提出和开发了基于多阳极光电倍增管的单光子探测阵列。在单光子计数技术研究中，他带领团队创新地解决了如何在探测器输出的噪声信号中有效地放大和检测出光子信号的难题。特别是他们提出的解串扰算法和串扰矩阵测量设备，可以有效地解决探测器相邻像素之间由于串扰而引起输出信号“纠缠”的问题。其后，马晓燠团队将这一成果成功应用在我国多个国家重大科研仪器平台的复合轴跟踪系统中，实现了对暗弱天体跟踪误差的光子计数级探测，提高了现有跟踪系统对暗弱天体的高精度探测和跟踪的能力，达到了国际先进水平。相关论文分别发表在Optics Express和《物理学报》上，相关发明专利也获得中国、美国、德国、日本的授权。
　　随着科技的发展，特别是通过激光在大气的钠层实现人造信标技术的出现，对自适应光学技术中光电探测器的性能要求也越来越高。美国和日本等国家在20世纪90年代就已经将阵列型单光子探测技术集成应用在地基大口径望远镜中了。然而，该技术对我国是严格禁运的，这也成了马晓燠在研究中绕不过去的一道坎。面对这种“买不来的核心技术”，在国家原“863”计划和部委预研项目的支持下，马晓燠开始带领团队打造自己的阵列型单光子探测器，通过近10年的攻坚克难，不断地迭代更新，他们终于研制出我国自主可控的阵列型单光子探测技术。该技术目前已经获得数十个国内外专利授权，同时应用在多个部委联合科研项目中，获得了较好的试验结果。
　　为了获得较好的观测效果，天文望远镜通常会建设在偏远的高海拔地区，有时他们甚至会到智利的沙漠中去寻找一块宁静的天空用于观测。因此马晓燠团队的外场实验地点通常远离城市灯火，观测的工作虽然奔波辛苦，但同时也给了他很多宁静仰望星空的机会，每次实验结束，他都喜欢站在望远镜旁去感受面对浩瀚宇宙时个人的渺小，他说这也更加激发了他对科学探索的热情。
　　
众志成城，自力更生
　　如今，参加工作还未满10年的马晓燠已经主持了10余项大科学和大设备课题或子课题，总经费超过1.2亿元。除了开发单光子探测技术并拓展其应用的课题外，他还在“极大规模集成电路制造技术及成套工艺”项目中承担了光刻机镜头像差高精度检测的子课题任务。他提出了复原矩阵修正算法，解决了非均匀光照明条件下光刻机镜头像差精确检测的国际难题，最终使哈特曼像差检测仪对光刻机镜头检测精度达到了亚纳米量级。相关论文发表在Optics Express上，相关发明专利获得了中国和荷兰（目前光刻机的主要生产国）的授权。
　　回忆这一路走来，马晓燠说他是幸运的。“我在科研起步的阶段就有幸参与到包括原‘863计划’和‘02专项’在内的多个国家重大科研项目中，并且得到了包括林祥棣院士、姜文汉院士、饶长辉研究员和王仲研究员等国内外知名专家的培养和指导，让我很快地进入科研工作者这一角色中。我特别感谢他们，尤其老一辈专家们的科研品质真的值得我们学习。”
　　马晓燠从研究生开始就加入了自适应光学研究团队。在与团队成员的协同工作中，他强烈感受到了团队成员对科研工作的使命感，这种使命感叠加在一起就形成了一种强大的凝聚力。这让他明白了，团队之于科研的重要性，现代社会中科研从来不是一个人的战斗。随着科研工作的开展，马晓燠承担的课题逐步增多，也慢慢地组建了自己的一个小团队。经过多个课题的磨合，团队在光、机、电、算上都分布有优秀的成员。队员们聚在一起能够高效且默契地完成光电方向上的项目攻关任务。
　　科研的最终目的是要创造价值。单光子探测技术与化学、生命科学、信息科学、材料科学等领域的交叉日渐广泛和深入，形成了广阔的市场前景。然而，国内单光子探测技术还处于实验室阶段，市场化能力不足，因此市场主要被日本、德国和美国的产品占领，同时尖端核心产品仍对我国严格禁运。
　　因此，马晓燠于2018年年初主动向中国科学院光电技术研究所提出对前期研究工作中已经掌握的单光子测量从芯片研发到整机装调的技术实施产业化的申请，该申请于2018年5月获得批准，随后重庆连芯光电科技有限公司在重庆成立。
　　马晓燠说道：“当初，我们在单光子探测技术研究前期，在全球范围内做了一些调研。当时美国在这方面很先进，他们那边很明确地说：‘技术不但不能卖给你们，连看都不能给你们看。’当时我也有些年轻气盛，我就想，你不卖，我们就自己造。然后我们就花了这么多年研究单光子探测技术。现在其实也是一样的道理，我们成立这个公司的初衷也是希望能够在单光子探测领域打破国外对我国的技术封锁，推动我国弱光产业的发展。”
　　由于单光子测量技术是众多高技术领域发展所依托的重要基础技术，因此公司目前的市场表现良好，第一年就获得了超过千万人民币的订单。如今，公司也正在积极提升现有产品的性能，拓展单光子探测技术的应用领域。马晓燠团队自主研发的单光子探测器主要应用在一些前沿的科研领域和国防领域，均取得了理想的效果。在未来的发展中，他们希望单光子探测技术能够广泛应用在医学、生物学和智能感知等民用领域，为我国的国民经济建设发挥更大的作用。
　　因为杰出的科研表现，2020年马晓燠先后获得“重庆市最美科技工作者”和“重庆市杰出青年科学家基金”，同时他还获得了重庆江北区“党的建设与民主政治先进个人”。
　　除了科研工作，马晓燠还肩负着培养学生的重任。在学生培养上，他喜欢采用研讨会的形式来培养研究生。他认为，由于大家的工作都有一定的相关性，在集体讨论时可以有效地发现别人工作中的闪光点和缺点，同时也训练了参与讨论的每个学生的科学思维方法和能力。在研讨过程中，他更像是一个引导者而不是一个决策者，他通过逐步地引导学生去思考所承担课题的难点在哪儿、目前国内外能够解决难点的方案是什么、如何在项目中采用最优方案及能否创新地提出新方案等问题，从而让学生能够最终获得独立科研的能力。
　　从少年时代对科学的热爱到如今对科研的坚持，马晓燠将梦想与志向寄托于科研事业，并越走越坚定，越走越快。对于未来的长远打算，他说道：“公司发展的总目标是成为中国光电科技发展的民营新力量。我们将一直以满足国家重大需求为己任，自力更生、艰苦创业，在科技创新、人才培养、成果转移转化等方面争取获得创新成果，为我国国防建设、经济发展和社会进步做出更多贡献。”