今年5月29日,搭載遠距離測距敏感器的“天問二號”探測器從西昌衛星發射中心啟程,開啟為期十年的小行星探測任務。這一關鍵設備的核心組件——銦鎵砷雪崩單光子探測器,正是由中科院上海技術物理研究所陸衛研究員團隊自主研發的成果。作為我國空間紅外探測領域的重要突破,該技術標志著我國在深空探測制導系統上實現了關鍵器件的自主可控。
自1983年師從中國科學院院士沈學礎進入紅外探測領域以來,陸衛已在該領域深耕四十載。從基礎理論研究到關鍵技術突破,他帶領團隊走出了一條具有中國特色的自主創新之路。面對國外長期的技術封鎖,陸衛團隊通過持續探索底層物理機制,成功解決了制約紅外探測器性能的核心難題。
在空間紅外探測中,探測器芯片的靈敏度直接決定了衛星的觀測能力。然而,芯片材料內部的電子熱運動會產生“暗電流”噪聲,嚴重干擾對微弱天體信號的捕捉。為攻克這一技術瓶頸,陸衛團隊在1991年德國深造歸國后,即投身于相關研究。通過長期實驗,團隊意外發現電子強場傳輸中的反常現象,并由此提出“電子局域化操控”理論。基于這一創新,團隊研發的量子阱長波紅外焦平面器件將國際同類產品靈敏度提升了數倍。2020年,該成果隨新技術試驗衛星G星成功升空,實現了我國高性能量子結構紅外探測器的首次航天應用。
針對長波紅外探測中強背景輻射導致的“過曝”問題,陸衛團隊提出了光子與電子聯合操控的新思路。通過引入“臨界耦合模式”,團隊成功研制出單片集成56個光譜通道的新型紅外焦平面器件,其靈敏度較國際同類產品提高了一個數量級。這一突破使探測器在復雜背景下仍能精準識別目標光譜特征,為空間遙感提供了更強大的物質成分分析能力。
作為科研導師,陸衛始終秉持“壓力我來扛”的理念,為學生創造寬松的探索環境。他培養的56名博士生中,許多人已成為領域內的中堅力量。在陸衛看來,科研創新需要充分的自由空間,因此他從不以短期目標束縛學生,而是鼓勵他們大膽嘗試。辦公室的門永遠敞開,隨時歡迎學生討論問題,這種開放態度不僅促進了學術交流,也讓他從年輕人的思維中汲取靈感。
陸衛特別注重跨學科思維的培養。他常鼓勵學生跳出專業舒適區,借鑒其他領域的技術方法。例如,“臨界耦合理論”的提出正是源于團隊對微波、電子學領域研究成果的創造性應用。這種開放包容的學術氛圍,使得上海技物所紅外物理實驗室成為青年科研人員挑戰技術極限的理想平臺。
在人才培養方面,陸衛始終尊重學生的學術選擇。上海技物所研究員翁錢春回憶,大學期間他希望從紅外光譜轉向半導體量子結構單光子探測器研究時,曾擔心導師反對。但陸衛不僅全力支持,還積極協調資源幫助他實現研究轉型。如今已成為博導的翁錢春,正將這種育人理念傳遞給新一代科研工作者。
面向未來,陸衛將工作重心轉向紅外芯片制造工藝的革新。在上海技物所新建的智能化研發平臺中,團隊正在構建數據驅動的芯片制造體系。通過引入機器人傳輸系統和惰性氣體保護環境,平臺確保芯片在全流程中處于“無菌產房”般的潔凈條件。地面平整度控制在1毫米以內,有效避免了機械臂操作時的微小震動。
針對傳統工藝中“靠經驗、靠試錯”的弊端,陸衛團隊開發了AI驅動的工藝優化系統。該系統可全程記錄界面加工等關鍵參數,通過數據分析實現工藝的精準迭代。這一變革不僅能提升芯片成品率和性能,還將大幅降低制造成本。據陸衛介紹,該平臺計劃于2027年底投入使用,其終極目標是讓高性能紅外設備走進千家萬戶,為民生領域提供更多創新應用。
陸衛是我國紅外物理與半導體光電子學領域的領軍專家,現任國家重大科研儀器研制項目負責人。其科研成果曾獲國家自然科學二等獎(2014年)和國家技術發明二等獎(2011年)。截至目前,他已發表SCI論文361篇,被引超過1.5萬次,擁有發明專利158項,并著有《半導體量子器件物理》等學術專著。