——国产高端光芯片的追梦之路

　　□　郑莉颖
　　
　　
　　

　　
　　关键技术的核心创新能力体现着一个国家的实力，能将一个国家的科技发展命脉牢牢地掌握在手里，从而可以打破国外的技术封锁与垄断，消除国外对中国企业的不公平制裁，保障国家经济的健康发展......2018年4月，“中兴事件”充分印证了这一点。中国政府和领导人已经充分认识到国内当前的严峻形势，正在全国范围内大力提倡科技创新，尤其是关键核心技术的自主创新。
　　在当今举足轻重的通信领域，令国人尴尬的是，终端产品销遍全球，核心的芯片设计与制作水平却和欧美差距巨大，高端芯片的自给率为零，尤其是国产高端光芯片的商用率为零。
　　一直以来，中国半导体行业都处于极度落后水平，目前距世界先进水平至少落后了30年。尽管上世纪七八十年代，单个产品曾经在实验室取得突破性进展，但由于当时不具备市场化条件，在供应链全球化和国内市场需求迅速增长后，国内大量进口国外芯片，从而重创了国内相关领域的投入与自主发展。尤其是，2013年起，中国芯片进口额已经超过石油进口额，导致了目前的绝大多数芯片严重依赖进口的危险局面。这直接影响到国家的战略安全和经济的健康发展。
　　

踏征途，行艰涩路

　　1962年7月，章雅平出生于一个高级知识分子家庭，父母均是浙江人。建国初期，父亲从南京工学院（现东南大学）毕业后带着满腔热血和建设新中国的豪情，与师范学院毕业的母亲一起，奔赴祖国建设第一线。在山东淄博，他们融入了建国后第一代科技工作者在中国第一个氧化铝厂的艰难创业生活。
　　童年和少年均处于“文化大革命”时期，章雅平经常遇到学校停课，尽管父母会尽力抽出时间在家中对她进行适当的知识教育和辅导，但由于时间和精力有限，她还是缺少了系统性的知识学习。因此，章雅平的童年和少年时代是在对知识的极度渴求中度过的。
　　 1976年，“文化大革命”结束，百废待举的中国迎来了曙光。此时，14岁的章雅平刚好在初中阶段，正赶上全国上下“奋发学习，把损失的时间补回来”的文化学习高峰期。
　　到1977年，通往中国高等学府的大门在关闭了10年之后重新开启，“文化大革命”后第一次高考在当年冬天拉开帷幕。在全国学校全面复课的新形势下，章雅平如鱼得水，全力投入到积极学习、备战高考的行列之中。1979年7月，17岁的她顺利通过高考，以优异成绩考入山东大学光学系。进入山东大学学习后，章雅平十分珍惜来之不易的学习机会，毕竟当时的高中毕业生的大学升学率只有4%，一类好大学的升学率还不足1%。而且，每个大学生需要至少4个工人/农民的辛勤劳动来支持，因为当时不仅学费全免，还有助学金。
　　大学期间，章雅平不仅学习成绩一直保持在全班一二名，而且是学校的田径体育健将，每年都被评为校级三好学生。毕业时，由于品学兼优，她被分配到当时位于北京的重要军事单位国防科工委情报研究所。
　　

激光武器的探路人

　　为了进一步提升自己的业务和知识水平，不甘平凡的章雅平在工作3年之后，于1986年9月考入军内最高学府国防科技大学攻读硕士研究生，师从中国激光武器开拓者赵伊君院士。1989年硕士毕业后，章雅平回到原单位，之后负责863-410主题相关项目的国内外技术情报研究，为该主题的研究项目确定、技术路线评估与制定作出了重要贡献。
　　由于长期跟踪国外技术发展水平，章雅平极为清楚国内外的技术差距，萌生了去国外学习前沿技术的极度渴望。尽管大学毕业和研究生毕业后从未亲自从事过一线的科研工作，而且已经不再年轻，还有幼小的女儿，她还是决定力争远赴大洋彼岸的一切学习机会，在科研一线拼搏，为祖国的科技发展贡献自己的才干。
　　1996年，是霍英东中英友好奖学金项目实施的最后一年。章雅平幸运地获得了全军仅有的两个名额之一，远渡重洋，前去英国曼彻斯特大学的工程、科学与技术管理学院访问进修一年，学习国外先进的科技管理经验。她于1997年年底学成归国。一年的旅英学习生活，开阔了她的视野，更加激发了她继续深造的渴望。1998年，她幸运地获得了英国诺丁汉大学的全额博士奖学金，重新开启了她早已陌生的学生生活，主攻纳米技术与半导体激光器。
　　章雅平的课题是当时世界上最前沿的技术研究课题之一。在她之前，承担这个课题的一个欧洲籍博士生因为无法完成这个高难度课题被迫中途退出。这对于从未有过科研一线研究经验的她来说，可谓艰难重重。但面对这个期待多年的机会，36岁的章雅平只能背水一战。攻读博士的3年里，她放弃了所有的业余时间，夜以继日地在实验室里潜心研究与实验。工夫不负有心人，在第一年的一门文化课考试中，她创造了系里博士生有史以来的最好成绩92分，比第二名超出15分。这在英国的考试体系中是极为罕见的高分。按照英国考试体系，40分及格，70分优秀，很少有人能得到80分以上成绩，90分就更是凤毛麟角了。为此，导师对她刮目相看，也对她有了更高的期待。
　　章雅平的博士课题要求她不仅能够模拟设计先进的半导体激光器，还要有制作半导体器件的第一手实践能力。这对于出国前没有半导体器件实践经验的她来说，无疑是一个巨大挑战。她只好花费比常人更多的时间从最基本的半导体物理、器件与制作方面入手，自学必需知识，在实验室里锻炼自己半导体器件制作的基本功。终于，她成功地给导师实验演示了光学掩膜重复套刻7层进行器件制作，各层间套刻总的对准精度在1微米之内的高难度技能。
　　2001年9月底，章雅平用英国诺丁汉大学最短的博士攻读时间成功毕业。之后她被国际上著名的英国马克尼公司的光器件分公司（Marconi Optical Components）选中，作为科学家入职公司的研究与发展事业部。章雅平知道这是入门国际一流大公司学习一流科研方法与技能的一个千载难逢的机会，因此她放弃了马上回国的打算，决心把真正有用的技术学到手，将来贡献给祖国的科技发展。
　　

弥艰弥深，可调激光器问世

　　英国马可尼公司的光器件分公司是当时国际著名的世界一流光芯片设计、制作与封装全流程公司。该公司拥有光辉的发展历程，全球许多最先进的III-V族有源发光器件均诞生于此。
　　2001年10月1日，满怀激动、敬仰之情慕名而来，章雅平加入到了这支世界一流的研发团队之中。此时正值全球电信行业泡沫发展的尾声，全球在该行业一掷千金的日子正在接近崩溃。在章雅平加入到公司之前，可调激光器芯片项目的研发已经开展了3～5年时间，耗资超过数亿英镑，但器件性能始终不理想，波长调谐图扭曲变形，惨不忍睹，无法实现真正意义上的电流控制下的波长连续调谐。
　　在她入职不到半年时间，当年席卷欧美的电信泡沫终于破裂，公司急剧裁员，公司规模瞬间缩小一半。从未见过如此职业风暴的她当时有两种选择，一是领取一万英镑现金自愿离开公司，寻求其他发展；二是继续留在公司里。她义无反顾地选择了后者，因为她已经对高端光芯片的研发产生了浓厚的兴趣，也对公司的能力充满希望。2002年2月，在全球光产业并购浪潮中，马可尼光器件分公司被英国从事硅基光集成的波克海母技术公司收购（Bookham Technology Plc.）。此后不久，英国波克海母技术公司又收购了北美的北电公司（Nortel）的光器件分公司。此后，公司内部进行了合并与重组，剔除了硅基光集成部门，重点发展可调激光器芯片和光模块。
　　在章雅平尚未从公司巨大变故的惊涛骇浪中回过神来的时候，公司把可调激光器生长层模拟设计和芯片结构模拟设计，以及与一线生产对接这一重大责任交给了仅入职半年的她。这在一般企业是很难想像的一种安排，也是当时特定时间和条件下的一种必然选择，因为一些资深设计人员在公司并购的大潮中已经选择离开。尽管没有商业光芯片产品设计经验，章雅平还是义无反顾地接受了这个关系到公司存亡的重大设计与产品研发项目。没有经验是她的弱势，但也意味着不会受到“经验”的约束。她利用自己光电子理论基础强、商业设计软件运用熟练的优势，很快进入状态。不到半年的时间，通过借鉴北电的光芯片设计理念重新设计晶体生长层和量子井，特别是通过创新式地引入主动和被动生长层间的适当夹角，章雅平就彻底地解决了长期困扰公司前期资深设计人员的、由于内腔反射引起的波长调谐图混乱无序的难题，首次实现了可调激光器真正意义上的最佳功能性运作，促成了可调激光器的商业化生产。这一举措使公司成为当时全球仅有的能实现这一先进光芯片规模化生产与销售的两家公司之一，为公司的生存与持续发展做出了关键性的杰出贡献。
　　深知国内外在光芯片领域存在着巨大差距，章雅平自从实现了可调激光器的商业开发与规模化销售之后便离开了公司，期待着能有机会帮助自己国家在高端光芯片领域取得突破性进展，赶超国际先进水平。没想到，这一等竟等了近15年。期间，她在数家国际一流光器件与子系统集成公司研发和制作了多种先进的光器件和集成子系统，并为欧洲航天局设计和生产了星载二氧化碳传感器光芯片。2011年9月1日，在距离首次出国15年后，章雅平选择了回国，执教于英国诺丁汉大学分校即宁波诺丁汉大学，并兼任国际著名学术期刊主编。
　　尽管出国期间她几乎每年都会短期回国探亲，但回国后亲自体会到国内的巨大变化，还是对她震撼很大。回国后，除了教学任务外，她积极参与了与国内工业部门的合作，期望能在光芯片领域为改变国内的落后局面做出贡献。2014年，在一家合作公司的支持下，她被评为“浙江千人”特聘专家，并获得西湖区325项目经费500万元，用于经济型可调激光器的商业开发。为此，她夜以继日地投入到了开发设计之中，一人干起了正常情况下两个人的全职工作量，终于在2016年获得成功，填补了中国高端光芯片的商业研发空白，实现了中国高端光芯片的零突破。这一成就在全国范围内瞬间得到了广泛的报道和宣传，被评为2016年国内光学领域十大产业技术。
　　然而令章雅平始料不及的是，种种原因之下，这一具有极大发展前景的项目竟然中途夭折。幸好在全国各地广泛报道这一巨大成果之后，各路投资机构纷至沓来，期望洽谈合作发展。章雅平的追梦热情被重新点燃。经济南市高新区政府的诚挚邀请和投资下，这一重大项目终于在2017年6月落户济南高新区，重获新生，章雅平也于同年被评为“泉城特聘专家”（“5150”人才）。
　　重新组建的团队是一支充满理想和生机勃发的年轻队伍，以80后为主力，集结了为光芯片事业献身的一批有志之士。目前，以章雅平为核心的山东中芯光电科技有限公司正在为中国联通、华为、中国科学院半导体研究所和众多光传感器公司定制适用于5G部署、城域网升级、国防保密通信、和众多光传感应用的可调激光器芯片、光器件和光模块，将为高端光芯片、光器件、光模块的国产化做出至关重要的贡献，从而打破国外在这一领域的长期垄断，保证国家的信息安全。