点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:“追光者”张磊:在光纤传像领域逐梦前行
首页> 光明科普> 图文 > 正文

“追光者”张磊:在光纤传像领域逐梦前行

来源:光明网2025-03-12 15:19

  为什么在昏暗的环境中,我们能够通过夜视仪清晰地看到周围的景象?为什么在医学成像中,医生可以通过微小的光纤探头观察到人体内部的细节?这些成果的背后都隐藏着一项复杂而精妙的技术——光纤传像。

  近日,记者跟随北京市科协、北京科技记协组织的“首都科技人”宣传活动,走进中国建筑材料科学研究总院有限公司(以下简称“中国建材总院”),听光纤元件所副所长张磊讲述在光纤传像领域不断探索的故事。

“追光者”张磊:在光纤传像领域逐梦前行

  “追光”前行,破解“周一谜题”

  2004年,张磊考入中国地质大学(武汉),专攻材料科学与工程。大学期间,他加入一个矿物材料研究课题组,以矿渣为原料,研发和制备微晶玻璃,开启了他对玻璃材料的“追光”之旅。本科毕业后,他考入北京工业大学继续攻读硕士,深耕玻璃材料领域研究。但那时,玻璃材料是一个较为小众且偏门的领域,他凭借大学微晶玻璃的研究基础,开始了国内液晶显示用基板玻璃配方和工艺性能的研究。也正因在在玻璃材料方面的专业优势,研究生毕业后他入职了中国建材总院。

  张磊介绍,光纤传像产品是玻璃材料利用光的全反射原理制备而成的。当光线以大于临界角度的入射角自高折射率介质入射到低折射率介质时,会在两种介质的界面上发生全反射,如果将这种全反射限制在设定的空间内,使这种全反射连续不断发生,则可实现光线的受控传输。依据这一原理制成的光学纤维,就可以使光能够像水在水管里流动、电流在导线里传输一样,在设定的空间内实现定向、受控传输。而当数千万根直径微米级的光学纤维丝规则排列,熔合成一体,就制备成了光纤传像元件的坯板。

  光纤传像元件的坯板可以制备成不同功能的光纤传像元件产品,如经过180°扭转成型,就制备成了光纤倒像器产品,能够实现图像的180°倒转传像;如经过拉伸成型,可以制备成光纤光锥产品,实现图像的放大缩小传输。光纤传像产品最重要的一个特征就是“光学零厚度”,因为光纤传像元件就是利用光学纤维点对点的传输特性,在输入端将所传输的图像分解成以光学纤维直径为单位的微小像元,每个像元在每根光学纤维中独立传输,在输出端组合成完整的图像,从而实现图像的高保真传输。

“追光者”张磊:在光纤传像领域逐梦前行

中国建材总院研发的光纤传像元件产品

  回忆入职中国建材总院以来的职业旅程,张磊向记者讲述了刚入职时自己发现的一个小规律。刚进入到光纤传像元件热压部生产线上实习的他,遇到了当时生产线上一个棘手的问题:热压成型后的光纤坯板在后续的加工过程中出现了炸裂问题。尽管他当时刚入职参加工作不久,但对生产线上问题的认识却很敏感,通过大量的生产数据的统计工作,他发现:一周中每天坯板的炸裂比例是不同的,其中周一的炸裂比例明显低于其他几天。

  为什么会有这种现象?张磊细心分析规律,反复对比数据,深入生产线调研,最后发现原来是由于周末休息,车间的保温箱降至了室温状态,所以周一开工时保温箱的起始温度相对较低,使得产品在保温时的降温较快,坯板在后续加工中就不容易炸裂;而从周二开始,由于保温箱持续工作,保温箱内的温度会一直处于高温状态,产品就容易因为降温慢而使得坯板在后续的加工中产生炸裂。

  这次看似普通的统计规律,却由此解决了光纤传像产品生产过程中的一个重大质量问题。凭借对细节的敏感性和善于解决问题的能力,张磊被调到了光纤传像元件生产最核心的技术部门——扭转成型部,光纤倒像器是光纤传像产品中占比最重的产品,张磊作为项目负责人,开始独立承担光纤传像元件的自主研发和新产品开发任务。自此以后,他一直扎根在科研生产第一线十余年,先后负责并主持开发了旋转差速扭转成型、毛坯自动化加工、全自动机械手拉丝等光纤传像元件关键制备技术,这些技术不仅降低了人为因素对产品的制约和影响,提高了加工效率、尺寸加工精度,减少了人工操作强度,同时降低了对人员操作的依赖性,使产品的合格率提升了15%-25%。

  传承精神,突破传统桎梏

  一谈起一路“追光”走来的工作,张磊眼神里就充满了自信而谦逊的光。

  光纤倒像器是微光像增强器图像输出的显示端窗,是夜视仪的核心关键材料。它是由成千上万根微米级光学纤维规则排列后加热熔压成型为坯板,再将坯板两端固定、中间加热软化后经外力使所有光纤绕坯板几何轴同步旋转180°后制备而成。它是配套近贴式微光像增强而研制的,用于微光夜视、空间探测等领域,对于成像探测系统的分辨能力、探测距离、目标识别精度等性能和使用可靠性有着决定性的影响。

“追光者”张磊:在光纤传像领域逐梦前行

  中国建材总院经过数代人的艰苦奋斗努力和技术传承,建成了我国首条具有完全自主知识产权的集科研、产品开发、质量控制及工业化制备的光纤倒像器研发生产平台。其中光纤倒像器双向差速旋转扭转成型技术的突破是张磊“追光”科研工作中尤为重要的一段旅程。

  在传统的成型技术中,光纤倒像器的生产往往面临加热不均和应力分布不均等问题,在高精度传像设备中,这一缺陷会导致图像传输发生畸变,使得传像模糊或失真。为此,张磊想到了让光纤倒像器坯板旋转起来受热受力。但更多难题接踵而至:需要几个电机驱动旋转?以什么方式旋转?怎样保证在旋转过程中,光纤倒像器不会被扭碎?……为了给出答案,他和团队起早贪黑的工作在实验室中,经过多次的失败和千辛万苦的调试,最终研究出了双向差速旋转扭转成型技术。

  这种技术打破了传统思维上需要通过两个电机才能产生不同速度以实现速度差的思维桎梏,只用一个电机驱动旋转就可以产生差速效应,使得光纤倒像器坯板在加热过程中形成更加均匀的温度分布。同时,它结合了动态力学控制策略,能够实现精准的力学调节,有效解决了扭转成型过程中受力不均的难题。

  成功从来都不是一蹴而就,面对实验过程中的失败时,张磊一直铭记着入职时带他实习的老师傅的话:“失败的反方向前进一步,就是成功”。这句话一直激励着张磊,失败并不可怕,只要一直前行,就一定会成功。他也经常因为突发灵感而自发在实验室加班工作。“有时候遇到问题我们可能很容易陷入思维的误区,觉得想象中违反传统思维的事情而不愿意去尝试,但往往是这种违反传统的‘固有的思维’是最难突破的,会成为我们技术进步的障碍”。他认为,科研不是一个轻松的过程,需要经过长时间的积累与钻研,才能在关键时刻有所突破。

  经过十数年的积累和艰苦攻关,张磊和团队就是秉持着这种持续探索的态度、坚持不懈的创新以及“钉钉子”的精神,取得了一系列的突破。他们先后成功研发出具有自主知识产权的大尺寸光纤倒像器、高对比度光纤倒像器、超短光纤倒像器等多个高性能光纤传像产品,并实现了产品批量化、系列化,打破了国外产品垄断和技术封锁,填补了国内空白,解决了国家应用急需,为微光夜视成像、粒子探测识别等领域提供了关键材料支撑。

  目前,张磊和团队在光纤传像元件领域布局相关发明专利百余项,已经授权国家发明专利60余项,其中授权国际专利4项。荣获了中国建材行业科技进步一等奖1项,北京市科学技术奖科技进步二等奖1项。

  当被问到自己的科研理念时,张磊认为,可以概括为“责任、创新、传承”三个词。他解释道,责任不仅仅是对科研工作的投入,更是对团队、对社会的承诺;创新是推动科技进步的动力,传承则是将这一精神薪火相传,“我们做的不仅是光纤传像产品,更是国家对我们的一种信任和期待,要把这种想法传承给年轻人。唯有不断前行,努力提升自己才能不辜负这个伟大的时代”。(记者蔡琳 实习生王笑颜)

[ 责编:张梦凡 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 2025年世界互联网大会文化遗产数字化论坛举行

  • 电影《731》拍摄历程特展在哈尔滨举行

独家策划

推荐阅读
中国科学院大连化学物理研究所研究员陈萍、研究员曹湖军、副研究员张炜进团队在氢负离子导体开发及应用方面取得重要进展。
2025-09-18 09:52
工业遗址与科幻主题联动,带来现实与想象交错的奇妙感受;科技手段还原知名IP场景,让游客沉浸到小说里的名场面;利用独特地质地貌,打造“地球上最像火星的地方”……来一场新鲜、有趣的科幻游,成为不少人出游的选择之一。如何做好科幻与文旅深度融合,丰富旅游供给?各地因地制宜进行了探索。
2025-09-18 09:50
记者17日从中国石化新闻办获悉,部署在四川省资阳页岩气田的2口评价井测试产量均超百万立方米,其中资页2-501HF井试获日产气140.7万立方米,刷新我国页岩气测试产量最高纪录。
2025-09-18 09:44
当今中国,科学教育受到前所未有的重视—作为人才培养的根基与路径,科学教育的潜力将变成参与国际竞争、争取国际话语权的实力。
2025-09-18 09:43
日前,由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所牵头承担的聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)遥操作系统测试平台通过专家组测试与验收。
2025-09-18 09:40
“科创游”是一种将科技与旅游相结合的新型旅游形式,不仅展示科技企业的生产过程和产品,还注重科技教育的普及和科技创新的体验
2025-09-17 10:23
此次大会将讨论通过“人与生物圈计划”及其世界生物圈保护区网络杭州战略行动计划,明确未来十年的发展方向、目标和行动方案
2025-09-17 10:21
人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器要“上天”进入预定轨道,运载火箭少不了。在“火箭家族”展台,长征一号至五号运载火箭模型笔直而立。
2025-09-17 10:20
在化学生物学研究中,有一种强大的“分子地图绘制技术”——邻近标记技术。在癌症免疫治疗中,免疫细胞需要足够强和足够多的“信号”才能发起攻击,但癌细胞表面的天然信号往往非常稀疏。
2025-09-17 10:18
当前,秋粮陆续进入成熟期。各地抓住最后的窗口期,落实落细各项增产措施,全力以赴抓好秋粮生产,确保秋粮丰产丰收。
2025-09-17 09:32
人工智能的浪潮正在席卷从科技到教育,乃至全社会的各个角落,中国教育界正在积极推动学习和应用人工智能,以便乘势站在时代前列。今年6月,中国工程院院士、华中科技大学校长尤政提出,人工智能和批判性思维结合形成DNA式的“双螺旋结构”,将有力推动创新。
2025-09-16 09:14
15日,在2025年国家网络安全宣传周主论坛上,《人工智能安全治理框架》2.0版正式发布。落实《全球人工智能治理倡议》,《人工智能安全治理框架》1.0版于2024年9月发布,受到国内外广泛关注。
2025-09-16 09:13
光明日报北京9月15日电 记者陈晨从农业农村部获悉,2025畜禽种业发展论坛14日在北京市平谷区举行。论坛发布了第三次全国畜禽遗传资源普查、濒危畜禽遗传资源保护成效、主要畜种分子身份证构建和遗传评估优秀种公畜等重大成果,举办了畜禽种业振兴成果展,26家单位现场推介新技术、新设备、新成果,72家单位进行专场展示。
2025-09-16 09:13
数智技术以及数智互联技术将推进青年间社会化协同与知识共享,可精准连接青年学习者,并形成跨地域的学习社群与项目协作组。总而言之,数智技术能够为青年群体参与终身学习创造良好条件,能够充分激发青年群体参与终身学习的动力,能够更好地帮助青年群体全面发展。
2025-09-16 09:12
作者:王 珩、程松泉,分别系浙江师范大学教师教育学院教授;浙江师范大学教师教育学院博士生  当前,全球教育正经历一场由人工智能技术驱动的深刻变革。唯有坚守育人初心,在伦理框架内审慎推进技术应用,才能让人工智能真正成为引领教育发展的引擎,而非解构教育本质的飓风。
2025-09-16 09:11
在合成生物学和气候变化应对领域有巨大潜力。
2025-09-16 09:11
走进展区,多款新潮文创让人爱不释手;戴上设备,苏轼笔下的诗词世界任人遨游;指尖轻点,三千年前的青铜器“触手可及”……一系列新产品、新服务、新场景在2025年中国国际服务贸易交易会文旅服务专题亮相,漫步其中,处处感受到科技与创意奔涌、文化和旅游融合的无限活力。
2025-09-15 09:54
在2025年中国国际服务贸易交易会上,一批品类丰富、兼具趣味与文化内涵的文创精品成为展会现场的“人气王”,引爆观展热潮。
2025-09-15 09:54
最大网络基础设施的建成有助于我国突破关键技术的“卡脖子”困境,形成自主可控的核心技术优势,建立起数字经济产业的第二创新生态。 (作者:戎 珂,系清华大学社会科学学院经济学研究所所长、长聘教授;田晓轩,系清华大学社会科学学院经济学研究所博士研究生)
2025-09-15 09:53
今年暑期,工厂游火爆出圈。参观名额秒空、门票收入可观、社交平台相关笔记有10多万条,工厂游俨然成了文旅界新宠。 工厂游等新型旅游业态,实现了工业与文旅的跨界融合,也为文旅经济的发展提供了新增长点。
2025-09-15 09:52
加载更多