卫星|任何事做到极致,都是一门艺术


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郭霞 , 北京邮电大学教授 , 博士生导师 , 教育部\"长江学者\"特聘教授 , 第十届、十一届北京市青联委员 , 中国物理学会女物理工作者委员会委员 。
长期从事半导体光电子材料与器件的研究 。 国内第一个研制出高性能硅单光子探测器 , 达到国际先进水平 , 为“北斗”等激光测距系统提供了核心器件 。
“任何一件事 , 研究到极致的时候都是一门艺术 。 数据也是美的 , 物理也是艺术 , 就比如麦克斯韦尔方程组 , 它实在是太美了 。 这个世界上怎么会有这么美的东西?”
一束通讯激光从中国的“北斗”卫星组返回地球 , 这是一段长达38000公里的旅程;遥远的距离使得通讯激光的信号逐渐减弱 , 在穿越大气层时几乎被散射殆尽 , 到达地面时 , 这束激光只剩下寥寥无几的少数光子 。 如何在黑暗中探测到这几个微弱的光子信号 , 并将光转变为电信号进行处理 , 这是一个公认的难点 。
“所以必须要做单光子探测 , 需要一双黑暗中最明亮的眼睛 。 ”北京邮电大学教授郭霞说 。 “其实它就是一种芯片 。 每一颗卫星都有一个钟表 , 我们必须保证每一个卫星钟表高精度的时空一致性和时间精准性 , 提供统一的时间保障 , 这也关乎国家安全 。 ”这位语调温柔、眸子清澈的女科学家 , 说起自己的科研成果时 , 语气十分坚定 。
“高性能硅单光子探测器”就是这双最明亮的眼睛 。 由于关系我国的国防事业 , 国际上曾对我国进行技术封锁 , 为此中国投入了上亿的科研经费 。
“单光子探测器是公认很难制造的一款芯片 , 工作原理是硅物质中的电荷雪崩 , 相当于信号的爆炸 , 如何控制这些看不见、摸不着的爆炸的信号 , 包括反向击穿的过程……难度非常大 。 ”但是 , 郭霞还是攻克了难点 , 成为国内第一个研发出大光敏面、低抖动的单光子探测器的人 。 从此 , 中国人也可以通过自己的卫星导航系统 , 在方寸之间对广袤大地了然于胸 。
郭霞任教的北京邮电大学旁边有一家7-11便利店 , 为加班的人们提供了巨大的便利 。
“我们经常自己打趣:搞科研的哪里是996?我们是711嘛!”郭霞笑说 。
当年 , 她主动请缨为祖国解决单光子探测这个巨大的难题 , 压力很大 。 现在 , 作为承担着诸多国家重大项目的学科带头人 , 加班对郭霞来说 , 更是家常便饭 。 这背后的艰辛 , 一句云淡风轻的“711”玩笑就可见一斑 。
“任何事想要做出一点成绩 , 你一定要比别人付出多得多” 。
每天清晨6点 , 郭霞准时起床 , 在7:30之前到达任教的北京邮电大学 , 开始一天的工作:参加各种学院内外的会议、同青年老师和学生讨论工作、与学生探讨问题的解决方案 , 时间很快就来到了晚上 。 这时候她会专注于自己的工作 , 写报告 , 给学生改论文……通常离开学校的时间是晚上9点之后 , 到家时女儿已经酣然入睡 。 每周工作六天 , 把周日留给家人 。 而人们艳羡不已的教师寒暑假 , 郭霞只给自己留一周的休整时段 , 其它时间 , 基本用来工作 。
早年选择了半导体物理专业 , 郭霞有幸成为国家培养的半导体物理人才 。 早在1998年研究生阶段 , 郭霞就开始了LED的研发工作 。 “半导体的实验很难 。 比如在做LED试验时 , 为保证试验的连续性 , 有时候从早上一直工作到晚上 , 每一个环节都必须谨慎再谨慎 , 绝不能出错;只要有一处出错 , 这次试验就功亏一篑 。 ”
听起来难度超高 , 但郭霞从来不知道什么叫害怕 , 她只会在失败之后自责为什么没有预想到这些问题 。 她让自己的学生放手去做 , 不要怕出错 , 因为经验往往是从错误中逐渐积累而成的 。
中美贸易战中 , 美方的打压重点就是半导体 。 过去 , 中国安检系统的重要芯片全部依赖进口;今天 , 这些芯片已经90%实现了国产化、产业化 , 并且拥有更为先进的技术和更加安全的效果 。 这也是郭霞的心血哺育而成的果实 , 这款叫做“硅光二极管”的安检芯片与国家安全密切相关 。