光學(xué)材料市場及其應(yīng)用

　　新型光學(xué)材料是指近10年來,隨著現(xiàn)代光學(xué)、光電子及信息技術(shù)的發(fā)展而興起的光電數(shù)碼產(chǎn)品和信息產(chǎn)品所應(yīng)用的技術(shù)含量高、制作難度大、光學(xué)性能優(yōu)越的光學(xué)材料,一般是指鑭系光學(xué)玻璃、環(huán)保系列光學(xué)玻璃、低熔點(diǎn)及磷酸鹽光學(xué)玻璃等。

　　在過去的10多年里，光電信息技術(shù)取得了很大的成就。為了適應(yīng)這一迅速發(fā)展的要求,必須在較寬的前沿領(lǐng)域?qū)で笮碌耐黄?如傳輸、開關(guān)、數(shù)據(jù)存儲和顯示技術(shù)等。由于現(xiàn)代光學(xué)工業(yè)同電子工業(yè)、信息技術(shù)、通信技術(shù)的緊密結(jié)合,光電子技術(shù)、光子技術(shù)、電子工業(yè)技術(shù)在光學(xué)制造上的應(yīng)用，突破了在光學(xué)元件和光學(xué)加工行業(yè)中的傳統(tǒng)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(xué)元件、用超高精密薄膜技術(shù)加工的WDM波分復(fù)用器件、用新一代光刻設(shè)備制造的超高精度光學(xué)元件等主導(dǎo)著新一代光學(xué)元件的主流。從某種意義上講,目前的光子技術(shù)還處于發(fā)展階段。

　　目前，光學(xué)材料的種類多達(dá)幾十種：無色光學(xué)玻璃和有色光學(xué)玻璃，紅外光學(xué)材料，光學(xué)晶體，光學(xué)石英玻璃，人造光學(xué)石英晶體，微晶玻璃，光學(xué)塑料，光學(xué)纖維，航空有機(jī)玻璃，乳白漫射玻璃以及有關(guān)液體材料等。其中光學(xué)玻璃在成像元件中使用得最多。塑料透鏡的質(zhì)量在很多地方可以達(dá)到玻璃透鏡的質(zhì)量要求，特別是在眼鏡行業(yè)，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(xué)玻璃廣泛。

　　為了降低成本、增強(qiáng)競爭力,全球的光電相關(guān)產(chǎn)業(yè)紛紛向中國大陸進(jìn)行轉(zhuǎn)移。其中日本的佳能、奧林巴斯、理光、尼康、美能達(dá)、索尼等公司紛紛將數(shù)碼相機(jī)、LCD投影機(jī)等產(chǎn)品轉(zhuǎn)入中國大陸沿海地區(qū)。目前我國光學(xué)材料的開發(fā)水平與發(fā)達(dá)國家相比還存在著一定的差距,特別是與日本和德國等國際知名光學(xué)材料生產(chǎn)廠家相比，無論是從光學(xué)玻璃品種還是生產(chǎn)工藝及設(shè)備等方面都存在著明顯的差距。

　　鑭系光學(xué)玻璃

　　光學(xué)材料中的稀土光學(xué)玻璃,也稱為鑭系光學(xué)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(diǎn)是能有效地?cái)U(kuò)大鏡頭的視場，改善儀器的成像質(zhì)量，使鏡頭小型化、輕量化，是目前在數(shù)碼攝相機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、掃描儀、LCD投影儀、數(shù)碼復(fù)印機(jī)、CD-ROM和DVDROM讀取鏡頭中廣泛應(yīng)用的高端光學(xué)電子信息材料，近期又被用于可拍照手機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)，其發(fā)展前景相當(dāng)可觀。它隨著光電信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，已逐漸成為光學(xué)材料的主導(dǎo)產(chǎn)品。

　　我國鑭系光學(xué)玻璃的生產(chǎn)到20世紀(jì)末一直處于工藝技術(shù)落后、設(shè)備陳舊、產(chǎn)量小、品種少、質(zhì)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(xué)常數(shù)波動大，色散差，氣泡與條紋不易消除,并對熔制用的陶瓷坩堝腐蝕嚴(yán)重。因此使用傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備和工藝無法解決產(chǎn)量低、質(zhì)量差、成本高等問題。高端光學(xué)產(chǎn)品所需的光學(xué)玻璃和光學(xué)原器件基本上需從國外進(jìn)口。

　　環(huán)保系列光學(xué)玻璃

　　隨著人類對生存環(huán)境保護(hù)意識的日趨加強(qiáng),發(fā)達(dá)國家陸續(xù)頒布實(shí)施了環(huán)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(xué)儀器及光電產(chǎn)品中必須使用環(huán)?；鈱W(xué)玻璃。為達(dá)到這一規(guī)定,世界上生產(chǎn)光學(xué)玻璃的主要廠家,近年來已經(jīng)開發(fā)出了多種系列的環(huán)保光學(xué)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(gè)品種的無鉛、無砷的環(huán)保光學(xué)玻璃，1996年生產(chǎn)的環(huán)保光學(xué)玻璃已達(dá)到了93個(gè)品種，1997年在產(chǎn)品目錄中的111個(gè)品種的光學(xué)玻璃中已全部不含鉛和砷，已處于世界領(lǐng)先地位。

日本的HOYA公司在產(chǎn)品目錄的101個(gè)品種中,從1994年開始就已推出31個(gè)品種的環(huán)保玻璃,2002年已全部實(shí)現(xiàn)了無鉛和無砷的環(huán)保光學(xué)玻璃。德國SHOTT公司從20世紀(jì)80年代開始開發(fā)環(huán)保型玻璃,2000年在產(chǎn)品目錄的87個(gè)品種中,已有67個(gè)品種屬于無鉛和無砷的環(huán)保光學(xué)玻璃。所以光學(xué)玻璃環(huán)保化已是世界光學(xué)材料行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

從化學(xué)穩(wěn)定性、高折射率高色散和價(jià)格等方面考慮,在普通光學(xué)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(xué)玻璃中需加入As2O3。而氧化鈦屬于變價(jià)態(tài)氧化物，加入過多將使生產(chǎn)技術(shù)的難度大大增加,所出現(xiàn)的問題是在短波范圍內(nèi)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(chǎn)生污染使玻璃著色，在產(chǎn)品出口時(shí)著色度達(dá)不到要求。

　　磷酸鹽光學(xué)玻璃

　　磷酸鹽和氟磷酸鹽光學(xué)玻璃都屬于低色散光學(xué)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，可用它來消除二級光譜的特殊色散。磷酸鹽光學(xué)玻璃一般具有較低的軟化溫度，可用于精密模壓成型，其良好的性能還表現(xiàn)在具有較高的熒光強(qiáng)度、熒光峰值位于短波長的一側(cè)和負(fù)的折射率及溫度系數(shù)。由于磷酸鹽和氟磷酸鹽光學(xué)玻璃在物化性能和制造工藝上難度較大，所以目前只有日本的HOYA、德國的肖特等廠家能夠批量生產(chǎn)。近年來，日本、韓國對氟磷酸鹽光學(xué)玻璃的詢價(jià)大幅增加，表明國內(nèi)外廠家對氟磷酸鹽光學(xué)玻璃的需求呈上升趨勢。

　　未來新型光學(xué)玻璃,包括未來光學(xué)和光電子等光電信息技術(shù)領(lǐng)域中可能應(yīng)用到的光學(xué)玻璃、電子玻璃、半導(dǎo)體玻璃陶瓷、激光玻璃、I線高均勻玻璃、高透過低光學(xué)系數(shù)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(fù)熱膨脹玻璃陶瓷等,這些產(chǎn)品在國外的一些大公司正在開發(fā)研究,部分產(chǎn)品已開始應(yīng)用。

光學(xué)材料已經(jīng)向高精密、多功能的光電信息材料方向發(fā)展。其中用于液晶顯示基板的高精密薄板玻璃、高品質(zhì)鑭系光學(xué)玻璃生產(chǎn)工藝、低熔點(diǎn)光學(xué)玻璃、非球面壓型工藝、環(huán)保型光學(xué)玻璃、高密度光磁盤玻璃、磷酸鹽光學(xué)玻璃、熱成像用紅外玻璃、微光夜視用光學(xué)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(fā)生產(chǎn)的新型光學(xué)材料和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝。

這些技術(shù)的創(chuàng)新成果滿足了軍民高科技的發(fā)展需要。我國在新型光學(xué)光電信息材料發(fā)展方面與國外相比還存在著較大的差距,其中液晶顯示基板的高精密薄板玻璃、低熔點(diǎn)光學(xué)玻璃、非球面壓型工藝、磷酸鹽光學(xué)玻璃、高密度光磁盤玻璃在國內(nèi)還處于空白。環(huán)保型光學(xué)玻璃、鑭系光學(xué)玻璃的品種和質(zhì)量及熔煉工藝技術(shù)還有待進(jìn)一步提高,很多產(chǎn)品還有待進(jìn)一步開發(fā)。