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

  • 探访抗战胜利80周年纪念活动新闻中心

  • 上合组织国家博物馆藏文物联展在京开幕

独家策划

推荐阅读
浙江大学物理学院王浩华团队、杭州国际科创中心郭秋江超导量子计算团队联合清华大学邓东灵团队,在百比特超导量子芯片上观测到,“预热化”机制能有效抵御热激发扰动,使有限温度下的拓扑边缘态展现出了足够的稳定性,为保护脆弱的量子信息提供了新可能。
2025-08-28 09:47
6G时代,无论在城市楼群还是偏远山区,都需要数据的高速传输和快速接入,但基于纯电子技术的传统无线设备带宽受限、频段单一,难以动态调度频谱资源。
2025-08-28 09:47
8月26日,《关于深入实施“人工智能+”行动的意见》发布。为何要出台这份文件?这份文件重点说了些什么?记者采访了国家发展改革委参与文件起草的专家。
2025-08-28 09:45
从“人工智能+”发展进展来看,朱克力认为,在政策层面,形成了举国体制,算力基础设施、数据供给、人才体系等基础支撑全面强化。
2025-08-28 09:37
工业和信息化部近日印发《关于优化业务准入促进卫星通信产业发展的指导意见》。意见明确,鼓励卫星通信在工业、农业、交通、能源、城市治理等各行业各领域创新应用。
2025-08-28 09:35
8月26日,国新办举行“高质量完成‘十四五’规划”系列主题新闻发布会,介绍“十四五”时期能源高质量发展成就。
2025-08-27 09:36
王蜜所在团队养蜗牛的装置和她用指甲油给蜗牛壳做的标记(首次发表,非授权禁止转载)。在中科院地球环境所,针对蜗牛壳体季节尺度研究,副所长晏宏提出的理念是,用空间换时间。
2025-08-27 09:47
8月8日至12日,第十届世界机器人大会在北京举行。”  近年来,更多养老机器人在家中、社区及养老机构落地应用,从桌面式机器人、轮式底盘型机器人到人形机器人,“人机共栖”的智慧养老图景正加速照进现实。
2025-08-27 09:45
作为海洋生物医药研发的特色方向,海洋中药尚不能满足中医药产业发展需求,其开发和利用还处于起步阶段。在产业转化环节,郑明月指出,应借鉴“算法开发—标靶确证—临床转化”范式,构建海洋天然产物专属数据库和AI工具。
2025-08-27 09:45
一项近日发表于《应用生理学、营养学与代谢》的研究发现,摄入动物蛋白质食物与更高的死亡风险无关,甚至可能降低与癌症相关的死亡率。论文第一兼通讯作者、加拿大营养策略公司负责人Yanni Papanikolaou表示,“综合这类观察数据与临床研究,很明显,动物蛋白和植物蛋白均有益于健康长寿。
2025-08-27 09:43
近日,我国科学家利用中国空间站上的无容器材料科学实验柜,成功把钨合金加热到超过3100℃,创造了新的世界纪录。“这项工作不仅验证了我国自主设计的空间材料科学实验柜具有非常优异的性能,也积累了大量的超高温材料在轨实验的原始数据。
2025-08-27 09:42
随着AI(人工智能)技术快速发展,AI应用已渗透社会生活各领域。深入分析AI“信口开河”成因,需从技术、数据和监管三个维度进行考量。(摘编自《工人日报》,原题为《防止AI“信口开河”,技术伦理建设刻不容缓》)
2025-08-26 10:27
市场监管总局(国家标准委)日前批准发布《动力锂电池运输安全及多式联运技术要求》国家标准,将于2026年2月1日起实施。动力锂电池是新能源汽车的“心脏”,其安全高效运输是提高产业链供应链韧性的关键。
2025-08-26 10:27
截至2025年8月22日,今年中国空间站空间应用系统已在轨实施58个科学与应用项目,实验次数2.6万余次,上行科学与应用任务800余公斤科学物资,下行空间科学实验样品27种,获取科学数据110TB。
2025-08-26 10:27
暑期,不少家庭选择前往户外戏水游玩。胡越凯介绍,大家常说的“食脑虫”属于“自由生活阿米巴原虫”,多生于潮湿的土壤和淡水中,包括福氏耐格里属阿米巴原虫、狒狒巴拉姆希阿米巴原虫和棘阿米巴原虫。
2025-08-26 10:26
中国科学院广州地球化学研究所徐义刚院士团队的汪程远副研究员,携手香港大学等机构科研人员,通过对嫦娥六号月壤中玄武岩岩屑的系统研究,揭示了月球年轻火山活动的源区特征与热驱动机制。该研究不仅刷新了人们对月球热演化历史的认知,也为解释其他无大气、小型天体的火山活动机制提供了重要参考。
2025-08-26 10:26
中国科学院地球环境研究所联合美国南加州大学、英国牛津大学等国际团队,在国际上首次定量评价了地震后河床沙这类粗颗粒沉积物通量及其长期变化,揭示了地震对河床沙的影响远比预期更大更久。
2025-08-25 10:08
23日,在南海中沙海域的“中山大学”号海洋综合科考实习船上,6000米级深海无人遥控潜水器“海琴”号圆满完成首次深海试验,全面验证了整机系统的功能和主要性能指标。
2025-08-25 10:00
从中核集团中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究所承担的一体化闭式循环快堆核能系统项目一体式余热导出原理验证试验顺利完成。
2025-08-25 09:58
我国科学家对嫦娥六号月球样品开展了系统性研究,成功揭示了月球年轻火山活动的源区特征与热驱动机制。
2025-08-25 09:57
加载更多