夜幕降临，另一个世界苏醒了。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，记录了猎豹、北极熊等动物在夜间的百样面貌，以及浩瀚星空、极光舞动等壮观场景，呈现夜晚鲜为人知的瑰丽景色。
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，成像距离从近程拓展到中远程，甚至应用到卫星上，成为推动航天、电子、医疗等领域科技进步的重要基石。这一领域，吸引众多科研人员追光前行。
中国建筑材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，他和他的光纤传像元件团队面向国家重要领域的关键材料研制需求，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成果。近日，由他牵头主持的项目荣获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，但我会努力前行，在自己研究的领域继续发光发热。”张磊说。
张磊正在对光纤传像元件产品进行光学加工
做更实在的研究
张磊的高考第一志愿是材料科学与工程专业。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，材料无处不在。研究这些‘硬核’材料，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。如果没有新材料的突破，再先进的技术也只能停留在概念阶段。”
2004年，张磊如愿考入中国地质大学（武汉），专攻材料科学与工程。大学期间，他很早就进入实验室，养成了良好的动手实践习惯。
那些奇妙的材料学实验，深深吸引着张磊。大二那年，张磊加入了一个矿物材料研究课题组，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料，变为颜色各异、坚硬耐磨的微晶玻璃材料。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方向——玻璃材料。
本科毕业，张磊考入北京工业大学继续攻读硕士，深耕玻璃材料领域研究。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，尽管自己不愿错过每一个宝贵的研究机会，但还是壮着胆子向导师提出换选题，“我想做更具体、更实际的科研工作。”
小伙子的坦诚打动了导师。“做科研当然要看自己的兴趣。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成果。你愿意吃苦做玻璃熔制实验，非常好。”导师的话，激励张磊勇敢地迈出第一步，接受新的挑战。
当时，随着平板显示技术的迅猛发展，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关键技术研发在国内刚刚起步，国外一直对我国进行技术封锁。在国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、调试材料的配比，测试玻璃的热膨胀系数和各种性能……一次次试验、分析数据，一次次调整、失败，再重新来过。多少个不眠之夜，多少次推倒重来，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，张磊的研究成果相继发表，成为国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中国建材总院特种玻璃纤维与光电功能材料研究院，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，其实就是由三种不同的玻璃原料制备而成的。”张磊坦诚地说，“当时的老院长招我进来，就是看中了我有玻璃材料的专业背景。”
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。
光纤自诞生之初就形成了两个分支：一个分支是通信光纤，典型应用为光缆，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，典型应用就是光纤成像元件。
20世纪60年代开始，面对技术封锁，中国建材总院牵头制定了全国纤维光学十年发展计划。老一辈科学家在无资料、无装备、无技术支持的情况下，经过艰苦卓绝的奋斗，成功研制出国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。
中国建材总院研发的光纤传像元件产品
经过数十年技术迭代，中国建材总院打造了高水平的光纤传像材料制造平台，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，接力棒传递到张磊这一代人手上。张磊的办公室里，摆放着大小各异、高矮不一的圆柱体。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。
微光像增强器示意图
“利用这种原理制成的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得到应用。
突破“零”的界限
2011年的夏天，张磊至今记忆犹新。“光纤传像元件生产流程复杂，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，他到热压部门实习，车间里，滚滚热浪扑面。他跟着老师傅学习生产技术，收集生产一线的统计数据。“那么热的环境下，师傅一点儿也不急躁，为我细心讲解热熔压成型的工艺，耐心指导我开展工作。”
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过程，只有多接触、多练习，才能更好地掌握它。”
生产线上，一个棘手问题引起了他的注意：光纤元件在制备过程中会炸裂。
问题出现在哪道工序中？整个生产线都在找原因。
“经过前后关联性的分析，炸裂大概率发生在基板制备的过程中，解决问题的关键也许就在热压车间。”张磊暗下决心，一定要找到突破口。
“这不是在平时工作中凭经验就能解决的问题。需要大量统计数据来寻找产品炸裂的规律。”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，他发现，一周中每天的产品炸裂比例不同，周一的炸裂比例明显低于其他时间。
为了研究规律背后的真正原因，他废寝忘食地翻阅资料、反复比对数据，向前辈请教、分析可能出错原因……经过系统的调查研究，终于找到了规律，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，而工作日时保温箱则一直处于热保温状态，由于热保温起始点不同导致保温过程发生了变化，从而增大了炸裂风险。
“当时我的经验还不足，虽然找到了规律，但在实际解决问题时也走了不少弯路，迷茫徘徊时，是师傅拉了我一把。”回忆当初，张磊很是感慨。在进行热压实验的过程中，他曾因为验证数据失败而沮丧。
“不要原地踏步。成功是在失败的基础上，反方向前进一步。”老师傅的话，就像一道光，让张磊豁然开朗。他随即调整实验方向，经过反复验证，最终拿出成果。不经意间发现的规律，解决了生产质量的问题，更好地规避了产品的炸裂风险。
凭借出色的表现，张磊在热压部门实习两个月后就被调到光纤传像元件最核心的技术部门——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。
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，不断攻克各种技术难题，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核心关键材料。
团队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倒像器产品，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材料支撑。
拓展“追光”新方向
把科研论文写在生产一线上，善于思考的张磊又发现了新问题。
“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、细心程度都不一样，会使产品质量产生一些细小偏差。”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，“生产过程保持一致性和稳定性是关键，如果核心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，我愿意付出更多时间和精力。”张磊全身心投入到生产线上。从坯板制备到扭转成型，再到成品加工工艺，整条生产流程中的每个细节，他都亲自去摸索，希望找到技术改进的突破口。
面对新的技术难题，张磊埋头苦干，堆出了齐人高的实验记录手册，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，不断激励着我，勇于试错，一步一个脚印，向着失败的反方向更进一步。”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“成绩单”——他和团队提出了采用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方法，推动了光纤传像元件成果产业化及创新技术领域的发展，带动相关产业的升级；创建了高性能光纤倒像器用玻璃材料体系，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关键难题；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改进，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分辨率、高对比度、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。
十几年如一日的攻坚，少不了家人的支持。“忙项目时，我先去接女儿放学回家、做好饭，等媳妇来接班，然后再回单位继续工作。”张磊的语气中有感激、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。看着爸爸认真工作的身影，小姑娘也会安安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，她会自豪地向小伙伴介绍：“我的爸爸是工程师！他做的工作可有意思了！”每每听到这样的赞美，这位“理工男”的心仿佛融化了一般，“这是对我最大的褒奖。”
带着家人的鼓励，他继续向前。最近两年，团队中不断注入新鲜血液，张磊仿佛看到了当年的自己。“这些年轻人都很有闯劲儿，也很能吃苦。”他牵头成立了“一根筋QC小组”，带领团队里的年轻人开展技术攻关。“学历仅代表过去，学习才能掌握未来。”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改进和优化。希望这些年轻人也能够发扬坚持不懈的精神，努力攻克技术难题。”
面向未来，张磊还有很多期待。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；图像转移、倒转及图像合成技术，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。
胸怀祖国的大我精神、敢为人先的攻坚精神、守正创新的探索精神、勇担使命的奉献精神——这是张磊奋力追光的精神动力。科研工作者的心里，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。那些奋斗的日子，张磊不觉得苦。“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，张磊充满信心。他和团队正努力追着光、散发光。
来源：《北京日报》
记者：李祺瑶
