紅外專家陸衛：40年不輟，讓“衛星眼”更敏銳，讓“視網膜”更健康
今年5月29日，“天問二號”從我國西昌衛星發射中心啟程，奔赴長達十年的小行星探索之旅。搭載其上的遠距離測距敏感器是天問二號製導導航與控製係統的重要組成。它的核心器件，正是中科院上海技術物理研究所陸衛研究員團隊研發的銦镓砷雪崩單光子探測器。
從1983年進入上海技物所師從中國科學院院士沈學礎，陸衛在紅外探測領域深耕近40年，從基礎研究入手，持續推動紅外探測範式更迭，在我國空間紅外探測領域走出了一條自主創新之路。
底層原理突圍，讓芯片靈敏度成倍提升
太空中，空間紅外探測器如同衛星的眼睛，探測器芯片則如同視網膜，是衛星“看清”目標的關鍵。然而，一種被稱為“暗電流”的物理現象，成為製約芯片性能提升的瓶頸。它們源自芯片材料內部電子的熱運動，所產生的噪聲會淹沒來自遙遠天體的微弱紅外信號。
國外有消除這些噪聲的技術，卻對我國技術封鎖。為讓衛星精準捕捉到信號，1991年剛從德國深造歸來，陸衛就投入到這場技術突圍中，從底層物理原理入手，一幹就是30多年。
一次，陸衛團隊在電子的強場傳輸和輻射實驗中，觀測到一個直接打破焦耳定律傳統認知的奇特現象。他沒有停留在發表頂級科學論文的成績上，而是在基礎科學發現中追蹤挖掘出紅外探測的新機製，創新性地提出“電子局域化操控”理論，並研製出量子阱長波紅外焦平麵器件——將國際上現有同類器件的靈敏度一下提升了好幾倍。2020年，這塊芯片隨我國新技術試驗衛星G星升空，我國第一次實現了高性能量子結構紅外探測器的航天應用。
空間遙感看物體，不僅要看得清，還要分得明。光譜是物質成分的“指紋”，識別光譜可以辨識出物體的物質組分。然而，長波紅外波段的強背景輻射會像陽光淹沒星辰般，讓探測器“過曝”。如果讓光子在紅外波段觸發電子的“滾雪球”，將微弱的光信號放大，是否就能找到那些需要的光譜？陸衛團隊提出了光子與電子聯合操控的思想，建立“臨界耦合模式”並首次用於長波紅外探測器的研發。最終，團隊研製出單片集成56個光譜通道的新型紅外焦平麵器件，靈敏度比國際同類產品提升了一個數量級。
“壓力我來扛”，鼓勵學生放手探索
“壓力我來扛，你們盡管放手探索。”這是陸衛常掛在嘴邊的話。多年來，他培養出56名博士生，讓紅外物理實驗室成為一批批青年人探索科學未知，挑戰技術極限的試驗場。
在陸衛看來，“有組織科研”並不是大家都按部就班地完成任務，而是明確大方向後的“各顯神通”。因此，他給學生留足了探索空間，不用短期目標、具體指標三天兩頭上“緊箍咒”。
隻要陸衛在所裏，他的辦公室門一直敞開，學生有疑問可以隨時找他討論。因為科研靈感常常轉瞬即逝，便捷交流能及時化解問題，“能吸收到學生的新鮮想法，對我也常有啟發，這是雙向滋養”。
陸衛還常鼓勵學生跳出舒適區，跨界借鑒“他山之石”，因為那常會帶來意外之喜。比如，“臨界耦合理論”就是他們在發現違反焦耳定律的現象後，從微波、電子學領域借鑒過來的。
最讓學生稱道的是，陸衛始終尊重、包容學生在科研方向上的選擇。上海技物所研究員翁錢春回憶，大三時自己想從紅外光譜領域轉向半導體量子結構單光子探測器研究，曾擔心導師陸衛不同意，“沒想到，陸老師全力支持，還幫我協調資源”。
如今，翁錢春也成為了博士生導師，他主動效仿陸衛，將這份育人精神傳承下去。
革新研發範式，紅外技術“飛入百姓家”
在技物所的一角，原本用於衛星載荷研發的大樓已全新“換裝”。這裏正在打造一個智能化紅外芯片研發平台。這將是陸衛今後十年的努力方向——為更高性能芯片，定製工藝路線。
走進平台，鋥亮嶄新的設備正在調試，搬運機器人正將裝有芯片的盒子從一台設備上取下，送往下一道工序。
“這裏的地麵進行過專門平整，確保機械臂搬取、運送芯片時的抖動幅度不超過1毫米。”陸衛介紹，團隊專門引進機器人傳輸係統，讓芯片全程處於惰性氣體保護的密封空間——就像為芯片打造一個“無菌產房”，保障它“健康出生”。
近年來，陸衛意識到，隨著基礎研究與產業化的聯動日趨緊密，紅外芯片製造工藝的瓶頸愈發突出——界麵加工質量不過關，再優秀的設計都難發揮作用。針對以往出故障“靠經驗、靠試錯”的痛點，陸衛說，今後要讓數據“說話”：工藝全流程參數，尤其是決定器件質量的界麵核心數據，全程都會有AI記錄數據、發現問題、迭代優化。
這個研發平台計劃2027年底投入使用。陸衛表示，變革的終極目標，是讓更多高性能紅外設備“走進百姓家”。數據驅動的工藝既能提升芯片成品率與性能，又能推動成本下降，為大眾日常生活賦能。
人物小傳
陸衛，我國紅外物理基礎研究專家，長期致力於紅外物理與半導體光電子學研究。現為國家重大科研儀器研製項目負責人。作為第一完成人榮獲國家自然科學二等獎1項（2014年）、國家技術發明二等獎1項（2011年）。發表SCI論文361篇，他引超過1.5萬次，獲授權發明專利158項，出版《半導體量子器件物理》等專著。