簡析光學材料市場及其應用

【中玻網】新型光學材料是指近10年來,隨著現代光學、光電子及信息技術的發展而興起的光電數碼產品和信息產品所應用的技術含量高、制作難度大、光學性能優越的光學材料,一般是指鑭系光學玻璃、環保系列光學玻璃、低熔點及磷酸鹽光學玻璃等。
　　
　　在過去的10多年里，光電信息技術取得了很大的成就。為了適應這一迅速發展的要求,必須在較寬的前沿領域尋求新的打破,如傳輸、開關、數據存儲和顯示技術等。由于現代光學工業同電子工業、信息技術、通信技術的緊密結合,光電子技術、光子技術、電子工業技術在光學制造上的應用，打破了在光學元件和光學加工行業中的傳統觀念，例如從成像元件到功能元件，從被動元件到主動元件。目前，非球面、衍射光學元件、用非常高準確薄膜技術加工的WDM波分復用器件、用新一代光刻設備制造的非常高精度光學元件等主要著新一代光學元件的主流。從某種意義上講,目前的光子技術還處于發展階段。
　　
　　目前，光學材料的種類多達幾十種：無色光學玻璃和有色光學玻璃，紅外光學材料，光學晶體，光學石英玻璃，人造光學石英晶體，微晶玻璃，光學塑料，光學纖維，航空農業生產體系玻璃，乳白漫射玻璃以及有關液體材料等。其中光學玻璃在成像元件中使用得較多。塑料透鏡的質量在很多地方可以達到玻璃透鏡的質量要求，特別是在眼鏡行業，大有取而代之的趨勢,但是由于它受到折射率低、散射高、不均勻性以及其它方面的使用限制，所以使它的使用范圍不如光學玻璃廣泛。
　　
　　為了降低成本、增強競爭力,大部分國家的光電相關產業紛紛向中國大陸進行轉移。其中日本的佳能、奧林巴斯、理光、尼康、美能達、索尼等公司紛紛將數碼相機、LCD投影機等產品轉入中國大陸沿海地區。目前我國光學材料的開發水平與發達國家相比還存在著一定的差距,特別是與日本和德國等全部知名光學材料生產廠家相比，無論是從光學玻璃品種還是生產工藝及設備等方面都存在著明顯的差距。
　　
　　鑭系光學玻璃
　　
　　光學材料中的稀土光學玻璃,也稱為鑭系光學玻璃,在其組分中含有較多的稀土氧化鑭具有高折射率低色散的特性。其特點是能有效地擴大鏡頭的視場，改善儀器的成像質量，使鏡頭小型化、輕量化，是目前在數碼攝相機、數碼照相機、掃描儀、LCD投影儀、數碼復印機、CD-ROM和DVDROM讀取鏡頭中廣泛應用的高等光學電子信息材料，近期又被用于可拍照手機的光學系統，其發展前景相當可觀。它隨著光電信息產業的迅猛發展，已逐漸成為光學材料的主要產品。
　　
　　我國鑭系光學玻璃的生產到20世紀末一直處于工藝技術落后、設備陳舊、產量小、品種少、質量低、成本高的狀況。該玻璃在高溫熔制過程中粘度小、易析晶、成型困難,光學常數波動大，色散差，氣泡與條紋不易清理,并對熔制用的陶瓷坩堝腐蝕嚴重。因此使用傳統生產設備和工藝無法解決產量低、質量差、成本高等問題。高等光學產品所需的光學玻璃和光學原器件基本上需從國外進口。
　　
　　環保系列光學玻璃
　　
　　隨著人類對生存環境保護意識的日趨加強,發達國家陸續頒布實施了環保法。如果禁止在玻璃中使用對人體有害的氧化鉛和氧化砷，則要求在光學儀器及光電產品中必須使用環保化光學玻璃。為達到這一規定,世界上生產光學玻璃的主要廠家,近年來已經開發出了多種系列的環保光學玻璃。其中日本的OHARA公司從1993年開始就已向市場提供了31個品種的無鉛、無砷的環保光學玻璃，1996年生產的環保光學玻璃已達到了93個品種，1997年在產品目錄中的111個品種的光學玻璃中已全部不含鉛和砷，已處于較有優勢地位。日本的HOYA公司在產品目錄的101個品種中,從1994年開始就已推出31個品種的環保玻璃,2002年已全部實現了無鉛和無砷的環保光學玻璃。德國SHOTT公司從20世紀80年代開始開發環保型玻璃,2000年在產品目錄的87個品種中,已有67個品種屬于無鉛和無砷的環保光學玻璃。所以光學玻璃環保化已是世界光學材料行業發展的必然趨勢。從化學穩定性、高折射率高色散和價格等方面考慮,在普通光學玻璃中需加入PbO;從改善氣氛條件、澄清除泡等方面考慮,在普通光學玻璃中需加入As2O3。而氧化鈦屬于變價態氧化物，加入過多將使生產技術的難度大大增加,所出現的問題是在短波范圍內透過率下降，玻璃的耐失透性、透明性和除泡性變差。特別是鉑熔制坩堝易對玻璃產生污染使玻璃著色，在產品出口時著色度達不到要求。
　　
　　磷酸鹽光學玻璃
　　
　　磷酸鹽和氟磷酸鹽光學玻璃都屬于低色散光學玻璃，具有特殊的相對部分色散。短波方向的相對部分色散比一般冕牌玻璃大，可用它來清理二級光譜的特殊色散。磷酸鹽光學玻璃一般具有較低的軟化溫度，可用于準確模壓成型，其良好的性能還表現在具有較高的熒光強度、熒光峰值位于短波長的一側和負的折射率及溫度系數。由于磷酸鹽和氟磷酸鹽光學玻璃在物化性能和制造工藝上難度非常大，所以目前只有日本的HOYA、德國的肖特等廠家能夠批量生產。近年來，日本、韓國對氟磷酸鹽光學玻璃的詢價大幅增加，表明國內外廠家對氟磷酸鹽光學玻璃的需求呈上升趨勢。
　　
　　未來新型光學玻璃,包括未來光學和光電子等光電信息技術領域中可能應用到的光學玻璃、電子玻璃、半導體玻璃陶瓷、激光玻璃、I線高均勻玻璃、高透過低光學系數玻璃、DWDM薄膜濾光片、玻璃陶瓷襯基、超低膨脹玻璃陶瓷、玻璃光盤(用于磁頭浮動測試)、PLC用玻璃陶瓷襯基和負熱膨脹玻璃陶瓷等,這些產品在國外的一些大公司正在開發研究,部分產品已開始應用。光學材料已經向高準確、多功能的光電信息材料方向發展。其中用于液晶顯示基板的高準確薄板玻璃、高品質鑭系光學玻璃生產工藝、低熔點光學玻璃、非球面壓型工藝、環保型光學玻璃、高密度光磁盤玻璃、磷酸鹽光學玻璃、熱成像用紅外玻璃、微光夜視用光學玻璃、特種光纖玻璃,梯度折射率玻璃、磁光和聲光玻璃等，都是國外近些年來開發生產的新型光學材料和先進的生產工藝。這些技術的創新成果滿足了軍民高科技的發展需要。我國在新型光學光電信息材料發展方面與國外相比還存在著非常大的差距,其中液晶顯示基板的高準確薄板玻璃、低熔點光學玻璃、非球面壓型工藝、磷酸鹽光學玻璃、高密度光磁盤玻璃在國內還處于空白。環保型光學玻璃、鑭系光學玻璃的品種和質量及熔煉工藝技術還有待進一步提高,很多產品還有待進一步開發。