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光学材料市场及其应用

导读: 新型光学材料是指近10年来,随着现代光学、光电子及信息技术的发展而兴起的光电数码产品和信息产品所应用的技术含量高、制作难度大、光学性能优越的光学材料,一般是指镧系光学玻璃、环保系列光学玻璃、低熔点及磷酸盐光学玻璃等。

  新型光学材料是指近10年来,随着现代光学、光电子及信息技术的发展而兴起的光电数码产品和信息产品所应用的技术含量高、制作难度大、光学性能优越的光学材料,一般是指镧系光学玻璃、环保系列光学玻璃、低熔点及磷酸盐光学玻璃等。

  在过去的10多年里,光电信息技术取得了很大的成就。为了适应这一迅速发展的要求,必须在较宽的前沿领域寻求新的突破,如传输、开关、数据存储和显示技术等。由于现代光学工业同电子工业、信息技术、通信技术的紧密结合,光电子技术、光子技术、电子工业技术在光学制造上的应用,突破了在光学元件和光学加工行业中的传统观念,例如从成像元件到功能元件,从被动元件到主动元件。目前,非球面、衍射光学元件、用超高精密薄膜技术加工的WDM波分复用器件、用新一代光刻设备制造的超高精度光学元件等主导着新一代光学元件的主流。从某种意义上讲,目前的光子技术还处于发展阶段。

  目前,光学材料的种类多达几十种:无色光学玻璃和有色光学玻璃,红外光学材料,光学晶体,光学石英玻璃,人造光学石英晶体,微晶玻璃,光学塑料,光学纤维,航空有机玻璃,乳白漫射玻璃以及有关液体材料等。其中光学玻璃在成像元件中使用得最多。塑料透镜的质量在很多地方可以达到玻璃透镜的质量要求,特别是在眼镜行业,大有取而代之的趋势,但是由于它受到折射率低、散射高、不均匀性以及其它方面的使用限制,所以使它的使用范围不如光学玻璃广泛。

  为了降低成本、增强竞争力,全球的光电相关产业纷纷向中国大陆进行转移。其中日本的佳能、奥林巴斯、理光、尼康、美能达、索尼等公司纷纷将数码相机、LCD投影机等产品转入中国大陆沿海地区。目前我国光学材料的开发水平与发达国家相比还存在着一定的差距,特别是与日本和德国等国际知名光学材料生产厂家相比,无论是从光学玻璃品种还是生产工艺及设备等方面都存在着明显的差距。

  镧系光学玻璃

  光学材料中的稀土光学玻璃,也称为镧系光学玻璃,在其组分中含有较多的稀土氧化镧具有高折射率低色散的特性。其特点是能有效地扩大镜头的视场,改善仪器的成像质量,使镜头小型化、轻量化,是目前在数码摄相机、数码照相机、扫描仪、LCD投影仪、数码复印机、CD-ROM和DVDROM读取镜头中广泛应用的高端光学电子信息材料,近期又被用于可拍照手机的光学系统,其发展前景相当可观。它随着光电信息产业的迅猛发展,已逐渐成为光学材料的主导产品。

  我国镧系光学玻璃的生产到20世纪末一直处于工艺技术落后、设备陈旧、产量小、品种少、质量低、成本高的状况。该玻璃在高温熔制过程中粘度小、易析晶、成型困难,光学常数波动大,色散差,气泡与条纹不易消除,并对熔制用的陶瓷坩埚腐蚀严重。因此使用传统生产设备和工艺无法解决产量低、质量差、成本高等问题。高端光学产品所需的光学玻璃和光学原器件基本上需从国外进口。

  环保系列光学玻璃

  随着人类对生存环境保护意识的日趋加强,发达国家陆续颁布实施了环保法。如果禁止在玻璃中使用对人体有害的氧化铅和氧化砷,则要求在光学仪器及光电产品中必须使用环保化光学玻璃。为达到这一规定,世界上生产光学玻璃的主要厂家,近年来已经开发出了多种系列的环保光学玻璃。其中日本的OHARA公司从1993年开始就已向市场提供了31个品种的无铅、无砷的环保光学玻璃,1996年生产的环保光学玻璃已达到了93个品种,1997年在产品目录中的111个品种的光学玻璃中已全部不含铅和砷,已处于世界领先地位。日本的HOYA公司在产品目录的101个品种中,从1994年开始就已推出31个品种的环保玻璃,2002年已全部实现了无铅和无砷的环保光学玻璃。德国SHOTT公司从20世纪80年代开始开发环保型玻璃,2000年在产品目录的87个品种中,已有67个品种属于无铅和无砷的环保光学玻璃。所以光学玻璃环保化已是世界光学材料行业发展的必然趋势。从化学稳定性、高折射率高色散和价格等方面考虑,在普通光学玻璃中需加入PbO;从改善气氛条件、澄清除泡等方面考虑,在普通光学玻璃中需加入As2O3。而氧化钛属于变价态氧化物,加入过多将使生产技术的难度大大增加,所出现的问题是在短波范围内透过率下降,玻璃的耐失透性、透明性和除泡性变差。特别是铂熔制坩埚易对玻璃产生污染使玻璃着色,在产品出口时着色度达不到要求。

  磷酸盐光学玻璃

  磷酸盐和氟磷酸盐光学玻璃都属于低色散光学玻璃,具有特殊的相对部分色散。短波方向的相对部分色散比一般冕牌玻璃大,可用它来消除二级光谱的特殊色散。磷酸盐光学玻璃一般具有较低的软化温度,可用于精密模压成型,其良好的性能还表现在具有较高的荧光强度、荧光峰值位于短波长的一侧和负的折射率及温度系数。由于磷酸盐和氟磷酸盐光学玻璃在物化性能和制造工艺上难度较大,所以目前只有日本的HOYA、德国的肖特等厂家能够批量生产。近年来,日本、韩国对氟磷酸盐光学玻璃的询价大幅增加,表明国内外厂家对氟磷酸盐光学玻璃的需求呈上升趋势。

  未来新型光学玻璃,包括未来光学和光电子等光电信息技术领域中可能应用到的光学玻璃、电子玻璃、半导体玻璃陶瓷、激光玻璃、I线高均匀玻璃、高透过低光学系数玻璃、DWDM薄膜滤光片、玻璃陶瓷衬基、超低膨胀玻璃陶瓷、玻璃光盘(用于磁头浮动测试)、PLC用玻璃陶瓷衬基和负热膨胀玻璃陶瓷等,这些产品在国外的一些大公司正在开发研究,部分产品已开始应用。光学材料已经向高精密、多功能的光电信息材料方向发展。其中用于液晶显示基板的高精密薄板玻璃、高品质镧系光学玻璃生产工艺、低熔点光学玻璃、非球面压型工艺、环保型光学玻璃、高密度光磁盘玻璃、磷酸盐光学玻璃、热成像用红外玻璃、微光夜视用光学玻璃、特种光纤玻璃,梯度折射率玻璃、磁光和声光玻璃等,都是国外近些年来开发生产的新型光学材料和先进的生产工艺。这些技术的创新成果满足了军民高科技的发展需要。我国在新型光学光电信息材料发展方面与国外相比还存在着较大的差距,其中液晶显示基板的高精密薄板玻璃、低熔点光学玻璃、非球面压型工艺、磷酸盐光学玻璃、高密度光磁盘玻璃在国内还处于空白。环保型光学玻璃、镧系光学玻璃的品种和质量及熔炼工艺技术还有待进一步提高,很多产品还有待进一步开发。

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