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科研一线 | 实验室里的"光纤魔术师"：他如何让光乖乖听话？

来源：ng28南宫总院北分 宣布时间：2025-03-31

科研一线

一种信念的坚守

一种极致的追求
是孜孜不倦的探索
是一丝不苟的严谨
是精益求精的执着

3.8万名科研技术人员
以工匠精神铸就立异之魂

在实验室里沉淀智慧
在生产线上淬炼真知

用热爱谱写建材华章
以立异擘画质料未来

他们是ng28南宫最美科研先锋

文/北京日报李祺瑶

太阳西下，就是另一个世界苏醒之时。

纪录片《地球的夜晚》，通过最先进的拍摄技术，向人们展示了一个崭新视角下的地球，纪录了猎豹、北极熊等动物在夜间的百样面貌，探索南美洲的众多星空、极光舞动等壮观场景等，泛起夜晚鲜为人知的美丽景色。

在许多酷炫的行动影戏中，也通留宿视视角，领导观众感受惊心动魄的局面与紧张曲折的剧情，增强视觉攻击力。这背后，需要强大的微光夜视技术支撑。一块小小的光纤传像元件，成为研究者们攻关微光夜视领域的要害。

张磊，ng28南宫总院北分公司

玻纤事业部光纤元件所副所长，正高级工程师

中国建筑质料科学研究总院有限公司光纤元件所副所长张磊，就是一位追光者。10余年来，他和他的团队面向国家重要领域的要害质料研制需求，在光纤传像元件的制备和性能提升等方面开展技术攻关，取得了一系列国际领先的新结果。由他牵头主持的项目荣获2023年度北京市科学技术奖科学技术进步二等奖。

“一个人的力量虽有限，但我会努力追光前行，在自己专注的研究领域继续发光发热。”他说。

做最实在的研究

张磊的高考第一志愿是质料科学与工程专业。他给出的理由很朴实：这个听起来有点高冷的专业，与人们的生活息息相关。

“从建筑、交通、机械制造，到生物医疗、电子信息、航空航天，质料无处不在。研究这些‘硬核’质料，是一件很酷的事。”回忆起自己的初心，这位从江西农村走出来的“80后”科研人员腼腆地笑了，“我想做脚踏实地的研究。如果没有新质料的突破，再先进的技术也只能停留在看法阶段。”

2004年，张磊如愿考入中国地质大学（武汉），专攻质料科学与工程。大学期间，他很早就进入实验室，养成了良好的入手实践习惯。

那些奇妙的质料学实验，深深吸引着张磊。大二那年，张磊加入了一个矿物质料研究课题组，以矿渣为原料，制备和研发微晶玻璃。实验室里，经过高温熔融、水淬冷却、粉末成型、晶化处理……原本不起眼的工业固体废物，变为颜色各异、坚硬耐磨的微晶玻璃质料。电子显微镜下，晶体闪着迷人的光，印刻在张磊的脑海中。正是这项课题，为他开启了一个更冷门的研究偏向——玻璃质料。

本科结业，张磊考入北京工业大学继续攻读硕士，深耕玻璃质料领域研究。入学后，他与导师讨论自己的研究课题。“导师最先给我的课题是：研究和模拟玻璃液中的小气泡如何运动。我觉得模拟这个研究内容太‘虚’了。”他回忆，尽管自己不肯错过每一个名贵的研究时机，但照旧壮着胆量向导师提出换选题，“我想做更具体、更实际的科研事情。”

小伙子的坦诚感动了导师。“做科研虽然要看自己的兴趣。有人是理论型，喜欢探究现象背后的原理；而你是实干型，更愿意拿出货真价实的研究结果。你愿意刻苦做玻璃熔制实验，很是好。”导师的话，激励张磊勇敢地迈出第一步，接受新的挑战。

其时，随着平板显示技术的迅猛生长，薄膜晶体管液晶显示器成为市场上的主流产品。液晶显示用基板玻璃的制造要害技术研发在海内刚刚起步，外洋一直对我国进行技术封闭。在海内还没有同行涉足这一领域的情况下，张磊开始了液晶显示用基板玻璃配方和工艺性能的研究。

他又钻进了最熟悉的实验室。

从早到晚，张磊都在研究、调试质料的配比，测试玻璃的热膨胀系数和种种性能……一次次试验、剖析数据，一次次调解、失败，再重新来过。几多个不眠之夜，几多次推倒重来，最终都化作一串串笃定的数字和公式，写进研究论文。

从2010年开始，在导师的指导下，张磊的研究结果相继宣布，成为海内首批探究液晶显示玻璃配方的研究者。同年，张磊凭借玻璃专业优势入职ng28南宫总院特种玻璃纤维与光电功效质料研究院，由此踏上了“追光”之路。

光纤和玻璃，有什么相同之处？“我们做的光纤传像元件产品，其实就是由三种差别的玻璃原料制备而成的。”张磊坦诚地说，“其时的老院长招我进来，就是看中了我有玻璃质料的专业配景。”

奇妙的光纤世界，让张磊一下子着了迷——“玻璃纤维丝，细细的、透明的，有着一定的柔韧度。因为能够引导光沿着它跑，所以人们称它为光导纤维，简称光纤。”张磊介绍，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爆发全反射，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绝爆发，则可实现光线的受控传输。依据光的全反射这一原理，制成光学玻璃纤维，可以使光像水在水管里流动、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。这是人类科技的一大创举。

光纤自降生之初就形成了两个分支：一个分支是通信光纤，典范应用为光缆，随着电话、网络、有线电视等应用到生活的每个角落；另一分支就是硬质光纤，典范应用就是光纤成像元件。

20世纪60年代开始，面对技术封闭，ng28南宫总院牵头制定了全国纤维光学十年生长计划。老一辈科学家在无资料、无装备、无技术支持的情况下，经过艰苦卓绝的斗争，乐成研制出海内第一片光学纤维面板，开辟了我国光纤传像元件自主研发的时代。

经过数十年技术迭代，ng28南宫总院打造了高水平的光纤传像质料制造平台，光纤传像产品性能、生产条件、装备性能和生产效率实现全面升级。

如今，接力棒通报到张磊这一代人手上。

张磊的办公室里，摆放着巨细各异、高矮纷歧的圆柱体。这些看似简单的元件背后，是最前沿的制备技术——数百万乃至数千万根直径为微米量级的光纤规则排列，熔合成一体，利用光纤点对点传输特性，在输入端将所传输的图像剖析成以光纤直径为单位的微小像元，每个像元在每根光纤中独立传输，在输出端组合成完整的图像，从而实现图像的高保真传输。

“利用这种原理制成的光纤传像元件具有高区分率、光学零厚度、高耦合效率等特性，典范产品包括光纤面板、光纤倒像器、纤维光锥图像耦合器等。”张磊自信地介绍，这些新型传像元件的研制，极大地推动了我国微光夜视、紫外预警、图像数字化耦合、高清显示等领域的技术进步，并逐步在航空航天、医疗诊断、新型光电耦合等领域获得应用。

突破“零”的界限

2011年的夏天，张磊至今影象犹新。

“光纤传像元件生产流程庞大，从入职第一天开始，我就进到生产线上实习，一步步学习制备技术和工艺。”张磊回忆，天气最炎热的时候，他到热压部分实习，车间里，滔滔热浪扑面。他随着老师傅学习生产技术，收集生产一线的统计数据。“那么热的情况下，师傅一点儿也不急躁，为我细心讲解热熔压成型的工艺，耐心指导我开展事情。”

耳濡目染，张磊也练就了坚韧的性格。他每天都早早来到车间，熟悉技术流程，研究每一道工序的要点，“技术操作是个熟能生巧的历程，只有多接触、多练习，才华更好地掌握它。”

生产线上，一个棘手问题引起了他的注意：光纤元件在制备历程中会炸裂。

问题泛起在哪道工序中？整个生产线都在找原因。

“经过前后关联性的剖析，炸裂或许率爆发在基板制备的历程中，解决问题的要害也许就在热压车间。”张磊暗下决心，一定要找到突破口。

“这不是在平时事情中凭经验就能解决的问题。需要大宗统计数据来寻找产品炸裂的纪律。”每天下班后，张磊主动留在车间里加班统计数据，一忙就是一晚上，回到宿舍休息时已近深夜12点。经过一段时间的数据积累，他发明，一周中每天的产品炸裂比例差别，周一的炸裂比例明显低于其他时间。

为了研究纪律背后的真正原因，他废寝忘食地翻阅资料、重复比对数据，向前辈请教、剖析可能蜕化原因……经过系统的视察研究，终于找到了纪律，这是由于周末休息时，车间的保温箱降至室温状态开始保温，而事情日时保温箱则一直处于热保温状态，由于热保温起始点差别导致保温历程爆发了变革，从而增大了炸裂危害。

“其时我的经验还缺乏，虽然找到了纪律，但在实际解决问题时也走了不少弯路，迷茫彷徨时，是师傅拉了我一把。”回忆当初，张磊很是感伤。在进行热压实验的历程中，他曾因为验证数据失败而沮丧。

“不要原地踏步。乐成是在失败的基础上，反偏向前进一步。”老师傅的话，就像一道光，让张磊豁然开朗。他随即调解实验偏向，经过重复验证，最终拿出结果。不经意间发明的纪律，解决了生产质量的问题，更好地规避了产品的炸裂危害。

凭借精彩的体现，张磊在热压部分实习两个月后就被调到光纤传像元件最焦点的技术部分——扭转成型部，作为项目卖力人独立担负光纤传像元件的自主研发任务。

之后的10余年间，他和光纤传像研发团队将国家需求视为己任，不绝攻克种种技术难题，实现了多个“零”的突破。

光纤倒像器，是夜视技术中微光像增强器的焦点要害质料。

团队先后乐成研发出具有自主知识产权的大尺寸光纤倒像器、高比照度光纤倒像器、超短光纤倒像器等多个高性能光纤倒像器产品，并实现了产品批量化、系列化，突破了外洋技术垄断，填补了海内空白，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要害质料支撑。

拓展“追光”新偏向

把科研论文写在生产一线上，善于思考的张磊又发明了新问题。

“在扭转成型部，所有的工序都是纯手工操作，每个工人的技术熟练度、细心水平都纷歧样，会使产品质量爆发一些细小偏差。”张磊说，我们的产品面向的是国家重大需求，容不得毫厘损失，“生产历程坚持一致性和稳定性是要害，如果焦点的生产技术和工艺实现自动化，生产效率和生产质量会大大提升。”

“为了让这些‘突发奇想’变为现实，我愿意支付更多时间和精力。”张磊全身心投入到生产线上。从坯板制备到扭转成型，再到制品加工工艺，整条生产流程中的每个细节，他都亲自去摸索，希望找到技术革新的突破口。

面对新的技术难题，张磊埋头苦干，堆出了齐人高的实验纪录手册，每一页都是探索和思考的印记。

“我喜欢夜深人静的时候，沉下心来专注于探究技术问题。当年师傅的那句话，不绝激励着我，勇于试错，一步一个脚印，向着失败的反偏向更进一步。”生产车间的灯光下，他聚精会神地调试着设备。轻描淡写的话语，从没透露出一次次实验、一串串校准数据中的“苦”，反而透出一股一丝不苟、追求极致的劲头。

功夫不负有心人。

经过近10年的攻坚，张磊和他的团队，交出亮眼“结果单”——他和团队提出了接纳双向差速旋转扭转成型精密控制技术来制备光纤倒像器的要领，推动了光纤传像元件结果工业化及立异技术领域的生长，发动相关工业的升级；创立了高性能光纤倒像器用玻璃质料体系，攻克了光纤传像元件用芯料、皮料、光吸收料的匹配性和生产工艺技术等要害难题；开发了全自动高精度无损拉丝技术及成套装备，将原有的轮拉和抱拉技术进行技术革新，提高了生产效率和生产的自动化水平，解决了光纤传像元件高区分率、高比照度、低缺陷、低畸变等技术问题。他和团队在光纤传像元件领域结构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。

十几年如一日的攻坚，少不了家人的支持。“忙项目时，我先去接女儿下学回家、做好饭，等媳妇来接班，然后再回单位继续事情。”张磊的语气中有谢谢、有歉意，也有甜蜜，“她们都很理解我，也很支持我。”

有的时候实在忙不过来，张磊会带刚上小学的女儿到单位�？醋虐职秩险媸虑榈纳碛�，小女人也会安平静静地在办公室里自己学习。虽然并不知道爸爸具体是做什么项目，她会自豪地向小同伴介绍：“我的爸爸是工程师！他做的事情可有意思了！”每每听到这样的赞美，这位“理工男”的心似乎融化了一般，“这是对我最大的褒奖。”

带着家人的勉励，他继续向前。

最近两年，团队中不绝注入新鲜血液，张磊似乎看到了当年的自己。“这些年轻人都很有闯劲儿，也很能刻苦。”他牵头建立了“一根筋QC小组”，领导团队里的年轻人开展技术攻关。“学历仅代表已往，学习才华掌握未来。”他解释，“QC”就是“quality control（质量控制）”的缩写，“我们在生产一线展开科研，对光纤传像元件的自动化生产技术进行了革新和优化。希望这些年轻人也能够发挥坚持不懈的精神，努力攻克技术难题。”

面向未来，张磊另有许多期待。目前，团队正在拓展研究领域，以航天、电子、医疗等领域的高技术生长需求为目标，努力研发新产品，引领我国纤维光电成像元件的新生长。好比，空间技术用光纤传像元件，可以提升航天器导航系统的丈量、控制精度，为拓展空间视觉丈量的视野提供要害功效质料；图像转移、倒转及图像合成技术，通过固态质料在小空间内实现图像的平移、转向、倒像和放大，能够助推医疗装备的小型化。

胸怀祖国的大我精神、敢为人先的攻坚精神、守正立异的探索精神、勇担使命的贡献精神——这是张磊奋力追光的精神动力�？蒲惺虑檎叩男睦�，始终装着国家，张磊的梦想就是“推动我国光纤成像技术尽快站上国际制高点”。

岁月无声。

那些斗争的日子，张磊不觉得苦。“唯有不绝前行、努力提升自己，才华不辜负这个伟大的时代。”面对挑战，张磊充满信心。他和团队正努力追着光、散发光。