“我们做的光纤传像材料，不仅仅是代表着研发一个具体的产品或技术，还代表着国家对技术的传承和期望!”最近，在由北京市科协、北京科技记协组织的“首都科技人”宣传活动中，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”)光纤传像元件所副所长张磊这样说道。

张磊主要从事硬质光纤传像元件制备工艺与新产品研发工作，十数年如一日潜心科研，在光纤传像元件的制备和性能提升等方面研究制备关键技术、解决关键难题，取得了一系列显著成果。

光纤传像材料极具尖端性和重要性，是国际科技竞争的重要领域。一块小小的光纤传像元件，能够“光学零厚度”地清晰传像，甚至可以应用到卫星上，成为推动航天、电子、医疗等领域科技进步的重要基石。

“光纤传像当前最主要的应用，还在于微光夜视方面。”张磊表示。在很多影视作品中，我们常能看到这样的一些场景：漆黑的夜晚，佩戴夜视装备的人们行动自如，仿佛置身白昼，丝毫不受黑夜光线暗弱的影响;一些纪录片中，装备有夜视功能的摄像机可将动物夜间的活动、美丽的星空等清晰地呈现给观众……而这背后，都需要强大的微光夜视技术支撑。微光夜视技术的关键，就在于光纤传像材料。

意外的“跨界”结缘

张磊本科毕业于中国地质大学(武汉)材料科学与工程专业。他大二时就进入实验室和老师一起研究微晶玻璃，本科毕业后又到北京工业大学攻读硕士，继续与玻璃材料打交道。

“玻璃属于无机非金属材料，是一个比较冷门和偏门的行业，全国从事玻璃研究的单位并不多，所以我硕士毕业后也面临着一个就业选择问题。”张磊说。后来，他了解到了中国建材总院的玻璃研究在国内处于领先地位，与自己所学专业非常对口，于是选择来到这家单位。

“我那时的研究方向是TFT-LCD基板玻璃(即液晶显示用基板玻璃)，也就是大家常用的电脑屏幕上用到的那层液晶显示器上的基板玻璃，在2010年以前我们国家做不出来，我有幸成为国内首批探究液晶显示用基板玻璃配方和工艺的研究者。”张磊说道。

但让张磊感到意外的是，到中国建材总院以后，他并没有专门从事传统意义上玻璃产品相关研发工作，而是做起了看起来离得较远的光纤传像材料研究。

张磊解释，光纤传像产品由三种玻璃材料制备而成，包括高折射率的芯料玻璃、低折射率的皮料玻璃、能够高效吸收杂散光的光吸收料玻璃。

“传统意义的玻璃研究，主要针对的是玻璃的理化性能、力学性能、热学性能等，但光纤传像材料的研究更偏重于光学方向，强调的是传光、传像，这跟我以前所接触的玻璃方面的知识有点不一样。”他说，“这也算是和光纤传像的一种意外结缘吧!”

张磊刚参加工作的单位是中国建材总院所属特种玻璃纤维与光电功能材料研究院(以下简称“玻纤院”)。刚来时，他被分到了热压部，也就是将玻璃纤维丝热熔压成型为一个整体坯板的部门。

张磊回忆，刚参加工作时正好是七月，也是北京天气最炎热的时候，热压部车间里因为全是加热炉，所以更是热浪滚滚。因为新来乍到，张磊实习期间的工作主要是在基层一线跟着老师傅学习生产技术，收集生产一线的统计数据。

当时生产线遇到一个技术问题，那就是热熔压成型后的坯板在后续的加工制备过程中会炸裂，大家一直没找到原因。张磊也和大家一起分析研究，并且主动加班统计生产数据，他把每次坯板炸裂的时间都进行了统计，反复比对数据，发现了一个奇怪的规律，就是每周一的时候，坯板炸裂的比例明显很少，而到了周二、周三，一直到周六，坯板炸裂比例都很高。

他把发现的规律报告给了领导，后来又和同事们一起分析研究，终于找到了坯板炸裂背后的原因。原来是因为星期天是休息日，没有生产任务，到了星期一开工时，车间里的保温箱处于室温状态，这时候把刚生产出来的坯板放进保温箱里就不容易炸裂。而到了星期二及以后几天，随着保温箱连续的工作，箱内的温度一直处于高温状态，在此条件下保温的坯板就容易炸裂。

原因找到了，张磊和同事们一起对生产工序的工艺进行了优化改进，最终成功地解决了坯板炸裂的问题。初入职场，张磊就解决了一个重要的生产质量问题，其认真的工作态度得到了领导的肯定，于是把他调到了光纤传像元件生产最核心的技术部门——光纤倒像器扭转成型部，作为项目负责人独立承担光纤传像元件的自主研发任务。张磊在新的岗位上扎根生产一线十余年，和光纤传像团队通过不懈的努力，攻克了一系列技术难题。

攻克光纤传像关键技术难题

张磊主要的工作集中在光纤传像新产品和新技术的研发方面。所谓光纤传像，其原理并不复杂。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。依据这一原理制成光学纤维，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，这是人类科技的一大创举。

光纤自诞生之初就形成了两个分支：一个是与生活息息相关的信号传输，是柔性光纤类，典型应用为光缆，电话、网络、有线电视等已渗透到生活的每个角落;另一个分支是传输图像，即光纤传像元件，是硬质光纤类，通过利用光纤点对点传输特性，将数百万甚至数千万根直径为微米量级的光纤规则排列并熔合成一体，在输入端将所传输的图像分解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。

“光纤传像元件具有高分辨率、光学零厚度、高耦合效率等特性，典型产品为光学纤维面板、光纤倒像器、光纤光锥等，这些新型光纤传像元件的研制成功，极大地推动了微光夜视、紫外预警、图像的数字化耦合、高清显示等领域的技术进步，并逐步在航天测控、核诊断及新型光电耦合领域获得应用。”张磊说道。

实际上，他所在的中国建材总院早在 20 世纪 60 年代就受国家委托，开展了光纤传像元件相关产品和技术的研发。数十年来，该院一代又一代的科研工作者通过艰苦卓绝的奋斗，不仅成功拉制出我国第一根光导纤维，试制成功我国第一批光纤面板， 也成功打造出了高水平的光纤传像材料制造平台，实现了光纤传像产品性能、生产条件、装备水平和生产效率的全面升级。

张磊和同事们接过了该院老一辈科研工作者肩上的担子，刻苦攻关，大胆创新，创造出了一批满足国家重大需求的创新成果。在这些成果中，很多都与微光夜视产品的关键器件有关。微光夜视产品一般用于低照度环境，在使用时，微弱的光子信号被收集起来，经过光电阴极转换成电子信号，电子信号通过微通道板电子倍增的处理放大成千上万倍，再轰击到表面涂覆有荧光粉的光纤传像材料的表面屏幕上，输出转换成人眼可见的图像。

特别是光纤倒像器材料，这种能够将图像传输倒转180°度的光纤传像元件，以前受限于应用器件的原因，对于体积、重量、成像分辨率没有那么高要求，近年来随着技术的发展及需求的变化，更要求光纤倒像器实现小型化、轻量化、高清晰传像，原来制备光纤倒像器的材料体系和制备方法就不再适用了。这种背景下，张磊和团队成员通过技术攻关，创建了新的材料体系和新的制备方法，改进生产制备工艺，提升了光纤倒像器的一系列性能指标。

比如在研发光纤倒像器扭转180°角度成型的时候，他们成功解决了光纤倒像器坯板受热不均匀的难题。老式的生产方法是采用一种挂重(挂秤砣)的静态扭转办法，坯板装配在扭转成型炉里后，等坯板中间被加热到一定温度，再挂个秤砣慢慢把坯板扭转到180°角。但采用这种挂秤砣扭转光纤倒像器的方法不能实现坯板的均匀加热，坯板有可能一边受热多，一边受热少，所生产的光纤倒像器产品质量稳定性差。后来，张磊和团队成员想办法让光纤倒像器坯板旋转起来，让其实现了均匀受热。

但随后，新的问题又来了：是用一个电机带动坯板旋转，还是用两个电机夹持坯板同步旋转?张磊和同事们一起认真研究，打破原有思维的条条框框，通过多次实验，研发出一种双向差速扭转成型的方法：即将光纤倒像器坯板中间加热软化后，坯板的一端让它转得快一点，另一端转得慢一点，两边产生速度差，最终实现了光纤倒像器180°角度的均匀扭转成型。这个“双向差速旋转扭转成型”的精密控制技术，也成为了制备光纤倒像器扭转180°角度的关键核心技术之一。

经过十余年的积累和艰苦攻关，张磊和团队成员一起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，打破了国外技术垄断，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的材料支撑。

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。他们的成果还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奖二等奖1项。

拓展技术产品应用领域

张磊和团队成员研发的这些产品和技术除了满足国家应用急需外，也在不断向普通民用方面拓展。比如应用在夜视仪里面，可用于野外科学考察，在漆黑的夜晚或光线很差的地方观察野生动物的行为，还可以用于公安系统侦察、防暴反恐，社区的夜间安防监控等。“我们研发光纤传像材料还被应用在了国内某知名品牌具有健康监测功能的手表上，可监测心脏、血压、脉搏状况等。”张磊说道。

除此以外，一些重大科学研究也会用到光纤传像产品及其相关技术，比如中子探测。中子是中性粒子，一般的技术和材料器件很难探测到，但是用上他们研发的光纤传像材料，可增强光电信号，更容易捕捉到中子的运行轨迹。目前，中国建材总院与中科院高能物理所的王贻芳院士团队合作，将光纤传像产品应用在了暗物质探测的相关研究课题上。

张磊表示，我们的光纤传像材料还可应用在医疗、健康体检等领域，比如以往人们在做 X 光检查时，需要达到一定的辐射剂量才能得到较清晰的辐射成像，但X射线的辐射会对人体造成伤害。而经过特殊处理的光纤传像材料具有增强信号的功能，用在 X 光检测设备上，可以在低得多的辐射剂量下，保证同样的图像效果。

在张磊及其团队的努力下，其所在的中国建材总院已经成为一家能够生产光纤倒像器、光纤面板、光纤光锥、微通道板、防光晕光窗玻璃等五类微光夜视核心材料的综合配套单位。目前，中国建材总院的光纤传像材料研发还在不断推进，产品应用市场也在不断拓展扩大。“我希望通过我们的努力，让我国光纤传像技术和材料在全世界闪耀!”他说。

一种精神，一种传承

谈起这么多年走过的科研道路，张磊多次提到“责任”“创新”“团结” 等词组。在他看来，光纤传像材料的技术创新和突破离不开玻纤院全体科技工作者们的努力，这不仅是一份工作，更多的是科技工作者的一种传承， 一种精神。

“作为一名科技工作者，肩负着对国家、对社会的责任，无论面对多少困难，都要有努力完成国家赋予的神圣使命，完成好各项科研任务。” 这是张磊第一次独立承担国家科研项目时，领导对张磊的嘱托。

“在刚负责扭转成型部时，光纤倒像器扭转成型操作大多还是用手工，每个工人的技术熟练度、细心程度、对生产技术的领悟都不一样，使得产品的生产质量也存在一些细微差别。”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。产品生产过程保持一致性和稳定性是关键，所以生产技术的创新和生产工艺实现自动化非常重要，将大大提升生产效率和生产质量的稳定性。”

也许正是这种使命感、责任感的支撑，多年来，张磊即便是下班时间或周末、节日放假，也时常想着没有按计划完成的项目工作。“我们科技人员好像就是这样，肩负着一种责任和传承，这可能是一种多年来的职业习惯，如果有工作上的问题没解决，这种责任的压力会让心里不踏实。”张磊说道。

他还表示，搞科研必须要不断寻求新的突破和创新。“不要原地踏步，成功是在失败的基础上，反方向前进一步。”张磊曾经的一位师父曾这样告诫他。这句话多年来也一直影响着张磊，每当工作遇到瓶颈，一时没有主意的时候，老师傅的话总能给予他莫大的鼓励，激励他继续前行。

目前，张磊和光纤传像元件团队正在持续拓展研究和应用领域，以航天、电子、医疗等领域的高技术发展需求为目标，努力研发新产品，引领我国纤维光电成像元件的新发展。比如，空间技术用光纤传像元件，可以提升航天器导航系统的测量、控制精度，为拓展空间视觉测量的视野提供关键功能材料;图像平移、倒转及图像耦合技术，通过固态材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。

“唯有不断前行、努力提升自己，才能不辜负这个伟大的时代。”面对挑战，张磊和光纤传像团队充满信心。

来源：北京科技报