馬曉燠：志在科研 馭「光」而行

光子最早是由愛因斯坦通過光電效應發現的，它是光線中攜帶能量的最小粒子，自然界的每一束光都是由大量的光子構成的。現代物理中的兩大基石——廣義相對論和量子場論都與光子特性緊密相關，所以光子在現代科學研究中具有重要的作用。同時，光子探測也是現代量子學、醫學、生物學、化學和核物理等學科的基礎探測手段，因此研究高速、高效的光子探測技術具有非常重要的科學意義和社會意義，也是目前國際上科研及產業化的熱點領域。

重慶連芯光電技術研究院院長馬曉燠一直專注於單光子測量、信號與信息處理等領域的研究並取得了一系列創新成果。近些年，隨著單光子探測技術的快速發展，馬曉燠看到了該領域的廣闊市場，於2018年與中國科學院光電技術研究所聯合成立了重慶連芯光電科技有限公司。作為一家科技公司的負責人，他帶領團隊圍繞中國科學院提出的「三個面向」深入開展了陣列型單光子探測器的研究，力求推動我國弱光探測領域進行科技革新，帶動光、機、電等上遊產業的發展，以提高我國國防、天文、醫學及生物等領域產品的性能和市場競爭力。

寄志科研，勤奮為翼

馬曉燠的成長之路聽起來沒什麼特殊的。他的父母都是老師，在科學知識的學習上，為他起到了言傳身教的作用，讓他自小就對科學很感興趣，成為了一個地道的科幻迷。他從高中開始一直訂閱《科幻世界》，每次仰望星空，他都會沉浸在對宇宙的無限想像之中。

與中國大多數學子一樣，馬曉燠也是經過3年的緊張備考，擠過高考這一「獨木橋」，然後進入大學學習的。然而，正如大多數人的青春都會有遺憾一樣，由於高考失利，他錯失了自己最想去的大學，也錯失了自己最想學的計算機專業，進入了第二志願的電子科技大學學習光電專業。「高考沒有發揮好，那時肯定是不好受的，心情也不好。我的一個高中老師跟我說：『環境雖然重要，但不是起決定性作用的。你想成為什麼樣的人，想有怎樣的發展，最重要的是看你自己的努力。』之後，我一直將這句話記在心中。」

進入電子科技大學之後，馬曉燠學習十分努力。在學習的過程中，他對光電學的興趣也日漸濃厚起來，大三時，他進入課題組從事一些量子保密通信的科研工作並發表了一篇文章。大學畢業時，他的畢業設計發表在《光學學報》上。之後，因為成績優異，他被順利保送中國科學院光電技術研究所進行研究生學習。

博士期間，馬曉燠主要圍繞地基大口徑望遠鏡中的自適應光學技術展開了研究。自適應光學技術可以簡單理解為通過動態更換（數千次每秒）地基大口徑望遠鏡的眼鏡來校正由於大氣快速變化引起的望遠鏡成像模糊問題，從而獲取更弱或更遠天體的清晰成像，幫助天文學家和物理學家開展科學研究。

因為出色的研究表現，博士畢業前一年，馬曉燠留所開展研究工作一直到如今。「當時，研究室的領導也找我談話了。因為我博士期間也參與到了一些國家比較重要的項目中，所以所裡希望我能留下來。另外，一些課題想要深入地參與進去，必須要是所裡的職工身份。我也考慮了一下，我是非常喜歡科研的，我肯定是要走這條道路的，想了想那就留下來嘛。」馬曉燠說。

馬曉燠進行量子傳輸設備調試

在平時的工作中，馬曉燠勤奮、努力並善於發現問題和總結經驗，至今已在國內外刊物上發表了論文28篇（SCI收錄10篇，EI收錄13篇），申請國內發明專利38項（已授權28項），國際發明專利5項（已授權5項）。在2012年和2017年，他分別被破格評為中國科學院光電技術研究所副研究員和博士生導師，並在2018年成為當時中國科學院光電技術研究所最年輕的研究員。

2019年7月，在全國創新創業大賽重慶賽區馬曉燠帶領團隊取得了第一名並晉級全國總決賽。團隊面對美國禁運，掌握了基於自主改良矽基APD單光子陣列晶片從材料微結構控制、晶片設計、流片工藝、子系統仿真設計、加工裝調到產品測試等環節的多項關鍵技術。這打破了國際相關廠商對我國的技術封鎖與價格壟斷，並大大降低了成本，提升了我國弱光電探測及下遊領域的國際競爭力。

堅持不懈，打破封鎖

地基大口徑望遠鏡是現代天文和物理學發展的基礎設備之一，它集中了現代光學、機械和電子學的頂尖科技，因此地基大口徑望遠鏡的建造能力是一個國家科技實力以及科研能力的綜合體現。馬曉燠博士畢業時正趕上國內最大口徑地基光電望遠鏡研究工程在光電所開展，出色的研究能力讓他得以有機會參與其中，主要負責其中「複合軸精密跟蹤系統」的研製工作。

大氣運動對天體成像模糊的影響有80%以上是集中在抖動上，而「複合軸 精密跟蹤系統」是地基大口徑天文望遠鏡對天體成像時的自動防抖技術,也是獲得高分辨力天體圖像的基礎。

為了觀測更多更弱的天體，望遠鏡研製之初就提出了「鈉導星」工作模式的設想。「鈉導星」工作模式是通過雷射在大氣的鈉層實現人造信標來測量大氣的快速運動，然而目標定位還是只能依靠目標本身的發光信號來實現。馬曉燠發現我國現有的「複合軸精密跟蹤系統」無論是在結構上，還是在探測器靈敏度上都不能滿足要求。面對此困境，他通過對望遠鏡結構詳細分析後，針對現有複合軸跟蹤系統探測能力和跟蹤精度不足等問題展開了研究。

當時，在國外對我國單光子探測陣列技術封鎖的條件下，馬曉燠創新地提出和開發了基於多陽極光電倍增管的單光子探測陣列。在單光子計數技術研究中，他帶領團隊創新地解決了如何在探測器輸出的噪聲信號中有效地放大和檢測出光子信號的難題。特別是他們提出的解串擾算法和串擾矩陣測量設備，可以有效地解決探測器相鄰像素之間由於串擾而引起輸出信號「糾纏」的問題。其後，馬曉燠團隊將這一成果成功應用在我國多個國家重大科研儀器平臺的複合軸跟蹤系統中，實現了對暗弱天體跟蹤誤差的光子計數級探測，提高了現有跟蹤系統對暗弱天體的高精度探測和跟蹤的能力，達到了國際先進水平。相關論文分別發表在Optics Express和《物理學報》上，相關發明專利也獲得中國、美國、德國、日本的授權。

隨著科技的發展，特別是通過雷射在大氣的鈉層實現人造信標技術的出現，對自適應光學技術中光電探測器的性能要求也越來越高。美國和日本等國家在20世紀90年代就已經將陣列型單光子探測技術集成應用在地基大口徑望遠鏡中了。然而，該技術對我國是嚴格禁運的，這也成為了馬曉燠在研究中繞不過去的一道坎。面對這種「買不來的核心技術」，在國家原「863」計劃和部委預研項目的支持下，馬曉燠開始帶領團隊打造自己的陣列型單光子探測器，通過近10年的攻堅克難，不斷地迭代更新，他們終於研製出我國自主可控的陣列型單光子探測技術。該技術目前已經獲得數十個國內外專利授權，同時應用在多個部委聯合科研項目中，獲得了較好的試驗結果。

為了獲得較好的觀測效果，天文望遠鏡通常會建設在偏遠的高海拔地區，有時他們甚至會到智利的沙漠中去尋找一塊寧靜的天空用於觀測。因此馬曉燠團隊的外場實驗地點通常遠離城市燈火，觀測的工作雖然奔波辛苦，但同時也給了他很多寧靜仰望星空的機會，每次實驗結束，他都喜歡站在望遠鏡旁去感受面對浩瀚宇宙時個人的渺小，他說這也更加激發了他對科學探索的熱情。

眾志成城，自力更生

如今，參加工作還未滿10年的馬曉燠已經主持了10餘項大科學和大設備課題或子課題，總經費超過1.2億元。除了開發單光子探測技術並拓展其應用的課題外，他還在「極大規模集成電路製造技術及成套工藝」項目中承擔了光刻機鏡頭像差高精度檢測的子課題任務。他提出了復原矩陣修正算法，解決了非均勻光照明條件下光刻機鏡頭像差精確檢測的國際難題，最終使哈特曼像差檢測儀對光刻機鏡頭檢測精度達到了亞納米量級。相關論文發表在Optics Express上，相關發明專利獲得了中國和荷蘭（目前光刻機的主要生產國）的授權。

回憶這一路走來，馬曉燠說他是幸運的。「我在科研起步的階段就有幸參與到包括原『863計劃』和『02專項』在內的多個國家重大科研項目中，並且得到了包括林祥棣院士、姜文漢院士、饒長輝研究員和王仲研究員等國內外知名專家的培養和指導，讓我很快地進入到了科研工作者這一角色中。我特別感謝他們，尤其老一輩專家們的科研品質真的值得我們學習。」

馬曉燠於首屆重慶市量子與光電技術產業化研討會

馬曉燠從研究生開始就加入了自適應光學研究團隊。在與團隊成員的協同工作中，他強烈感受到了團隊成員對科研工作的使命感，這種使命感疊加在一起就形成了一種強大的凝聚力。這讓他明白了，團隊之於科研的重要性，現代社會中科研從來不是一個人的戰鬥。隨著科研工作的開展，馬曉燠承擔的課題逐步增多，也慢慢地組建了自己的一個小團隊。經過多個課題的磨合，團隊在光、機、電、算上都分布有優秀的成員。團員們聚在一起能夠高效而默契地完成光電方向上的項目攻關任務。

科研的目的最終是要創造價值。單光子探測技術在與化學、生命科學、信息科學、材料科學等領域的交叉日漸廣泛和深入，形成了廣闊的市場前景。然而，國內單光子探測技術主要還處於實驗室階段，市場化能力不足，因此市場主要由日本、德國和美國的產品佔領，同時尖端核心產品仍對我國嚴格禁運。

因此，馬曉燠於2018年年初主動向中國科學院光電技術研究所提出對前期研究工作中已經掌握的單光子測量從晶片研發到整機裝調的技術實施產業化的申請，該申請於2018年5月獲得批准，之後重慶連芯光電科技有限公司在重慶成立。

馬曉燠說道：「當初，我們在單光子探測技術研究前期，在全球範圍內做了一些調研。當時美國在這方面很先進，他們那邊很明確地說：『技術不但不能賣給你們，連看都不能給你們看。』當時我也有些年輕氣盛，我就想你不賣，我們就自己造。然後我們就花了這麼多年研究單光子探測技術。現在其實也是一樣的道理，我們成立這個公司的初衷也是希望能夠在單光子探測領域打破國外對我國的技術封鎖，推動我國弱光產業的發展。」

由於單光子測量技術是眾多高技術領域發展所依託的重要基礎技術，因此公司目前的市場表現良好，第一年就獲得了超過千萬人民幣的訂單。如今，公司也正在積極提升現有產品的性能，拓展單光子探測技術的應用領域。馬曉燠團隊自主研發的單光子探測器主要還是應用在一些前沿的科研領域和國防領域，均取得了理想的效果。在未來的發展中，他們希望單光子探測技術能夠廣泛應用在醫學、生物學和智能感知等民用領域，為我國的國民經濟建設發揮更大的作用。

因為傑出的科研表現，2020年馬驍燠先後獲得「重慶市最美科技工作者」和「重慶市傑出青年科學家基金」，同時他還獲得了重慶江北區「黨的建設與民主政治先進個人」。

除了科研工作，馬曉燠還肩負著培養學生的重任。在學生培養上，他喜歡採用研討會的形式來培養研究生。他認為，由於大家的工作都有一定的相關性，在集體討論時可以有效地發現別人工作中的閃光點和缺點，同時也訓練了參與討論的每一個學生的科學思維方法和能力。在研討過程中，他更像是一個引導者而不是一個決策者，他通過逐步地引導學生去思考所承擔課題的難點在哪兒、目前國內外能夠解決難點的方案是什麼、如何在本項目中採用最優方案以及能否創新地提出新方案等問題，從而讓學生能夠最終獲得獨立科研的能力。

從少年時代對科學的熱愛到如今對科研的堅持，馬曉燠將夢想與志向寄託於科研事業，並越走越堅定，越走越快。有關未來的長遠打算，他說道：「公司發展的總目標是成為中國光電科技發展的民營新力量。我們將一直以滿足國家重大需求為己任，自力更生、艱苦創業，在科技創新、人才培養、成果轉移轉化等方面爭取獲得創新成果，為我國國防建設、經濟發展和社會進步做出更多貢獻。」