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深圳海納光學(xué)有限公司

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微透鏡和衍射光學(xué)元件兩種光學(xué)玻璃的特點介紹

2022-2-21  閱讀(1700)

可以說普通玻璃和光學(xué)玻璃,最大的區(qū)別在于以下:

1,加工的過程,用料,制作的工藝與普通玻璃有很大區(qū)別

2,光學(xué)鏡片跟隨應(yīng)用的不同,外貌與普通玻璃有很大區(qū)別,肉眼可識別

3,光學(xué)玻璃的性能凸顯在對所有波段光線的控制,而普通玻璃的只對可見光波段有控制,往往更在意的是耐用度和實用度

 

普通玻璃一般用于鏡子或者裝飾品,如窗戶,玻璃門,工藝品,眼鏡的鏡片并不算普通玻璃,眼鏡或隱形眼鏡,美瞳會劃分成光學(xué)器件/醫(yī)療器械,無度數(shù)眼鏡劃分為裝飾品

光學(xué)鏡片的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛,遍布信息,光學(xué),光源,光伏,半導(dǎo)體行業(yè),最為常見,同時還有很多新興產(chǎn)業(yè)與國家國防領(lǐng)域的試驗發(fā)展也需要較多的特種光學(xué)鏡片。光學(xué)鏡片是重要的基礎(chǔ)材料,發(fā)揮著關(guān)鍵的作用,如光學(xué)鏡頭用的特殊性能光學(xué)玻璃、半導(dǎo)體領(lǐng)域光掩膜基板用的合成石英玻璃、激光聚變裝置用的大尺寸激光釹玻璃、紅外熱像儀鏡頭用的紅外硫系玻璃等。

 

高質(zhì)量合成石英玻璃的制備技術(shù)主要有電熔法、氣熔法、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子化學(xué)氣相沉積(PCVD等。目前常用的為化學(xué)氣相沉積法。

 

光學(xué)玻璃和普通玻璃有何不同?

光學(xué)中,玻璃、鏡片是常用元件或者耗材用于透鏡、棱鏡、反射鏡、窗口等,那么光學(xué)鏡片與日常生活中的玻璃和鏡片有什么不同呢?

公元三千年前,埃及和中國文明已經(jīng)能夠制造玻璃,但是一直到13世紀(jì),人們才開始把玻璃作用在眼鏡和鏡子上,16世紀(jì)開始,因為天文學(xué)家和航海的發(fā)展,偉大的科學(xué)家伽利略、牛頓、笛卡兒等人用玻璃制造了望遠(yuǎn)鏡與顯微鏡,17世紀(jì),光學(xué)系統(tǒng)中色差成為了光學(xué)儀器的核心問題,為了解決這個問題,人們在玻璃種加入了氧化鉛,一塊普通玻璃就變成了一塊可以消色差的透鏡。1768年法國科學(xué)家利用黏土棒攪拌的方法制造了均勻的光學(xué)玻璃,從此之后開啟了光學(xué)玻璃制造的工業(yè)。19世紀(jì)幾個發(fā)達的資本主義國家直接建立了自己的光學(xué)玻璃工廠

1953-1957年,皮爾金頓和彼克斯達夫發(fā)明了革命性的浮法玻璃技術(shù),實現(xiàn)在同一個工藝流程中連續(xù)生產(chǎn)出完整的、高質(zhì)量的玻璃。

而后,日本將連續(xù)熔煉應(yīng)用在光學(xué)儀器上。1965年,日本HOYA公司首先實現(xiàn)無條紋、無氣泡的BK7光學(xué)玻璃連熔生產(chǎn)。連熔分成原料熔化池、澄清池、攪拌均化池,最后漏料出爐。

光學(xué)玻璃的產(chǎn)業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化后,主要分為防輻照光學(xué)玻璃、耐輻照光學(xué)玻璃、紫外和紅外光學(xué)玻璃、無色光學(xué)玻璃、有色光學(xué)玻璃、光學(xué)石英玻璃

其中還有4種關(guān)鍵的制備技術(shù)組份開發(fā)、理化測試、熔制工藝、熔制設(shè)備。其中,光學(xué)玻璃熔制技術(shù)又含單坩堝熔煉、連續(xù)熔煉等。

 

 下面介紹幾款光學(xué)鏡片/玻璃:

一,石英玻璃光學(xué)鏡片

石英光學(xué)玻璃一般用于190nm~2300nm波長范圍的各類光學(xué)元件。

合成石英玻璃是一種非常的光學(xué)材料,具備優(yōu)良的耐高溫性能(其軟化點與白金的熔點相近,熱膨脹系數(shù)極小,僅為陶瓷的1/6和普通玻璃的1/20。)、佳的光譜特性(從紫外到紅外波段高透過率,尤其在紫外和深紫外光譜范圍內(nèi)的透過性能是一般光學(xué)玻璃所不具備的。)、高介電場強度(低介電損失和極低的導(dǎo)電性,是好的絕緣材料。)、較高的純度(人工合成石英玻璃的金屬離子總含量可控制在1×10-6以內(nèi)。)等。

湖北菲利華石英玻璃公司聯(lián)合清華大學(xué)鄭麗麗教授研究團隊通過四年自主研發(fā),并借助多物理場模型仿真研究,掌握了有機硅D4的多燈CVD法高效沉積合成石英玻璃完整技術(shù)鏈條(包括裝備和工藝),即精密供料供氣系統(tǒng)、大口徑疏松體沉積工藝、疏松體的玻璃化燒結(jié)工藝、生產(chǎn)裝備,研制生產(chǎn)的300 mm口徑樣品Dn≤2×10-6,透過率(0.18-3.4 μm≥80%,整體性能制備達到*水平。

海納光學(xué)用到石英光學(xué)玻璃的產(chǎn)品有:微透鏡陣列,分束鏡,DOE衍射元件。

海納光學(xué)的光學(xué)鏡片產(chǎn)品:微透鏡陣列,達曼光柵,DOE衍射光學(xué)元件,用的就是石英材質(zhì)的玻璃。

額外拓展知識:

一、低折射特殊色散光學(xué)玻璃

低色散氟磷玻璃特性綜合了氟化物玻璃和磷酸鹽玻璃優(yōu)點,具有超低折射率、超低色散和較高的特殊相對部分色散值,且具有*的消色差性能,特別是對長焦距復(fù)消色差鏡頭,可作為CaF2氟化物晶體的替代物。

但是,低色散氟磷玻璃在制備中有一個難題,即氟磷玻璃中含有大量易揮發(fā)氟化物成分,易揮發(fā),導(dǎo)致玻璃局部不均勻,另外對鉑金坩堝侵蝕嚴(yán)重,鉑金粒子易熔入玻璃中。

特殊低色散玻璃可以提高成像幾何精度,同時擴大成像視場和降低系統(tǒng)復(fù)雜性,減少透鏡數(shù)量,簡化和優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),減小其體積和重量。因此,它被視為長焦距、大視場和高清光學(xué)系統(tǒng)的關(guān)鍵光學(xué)材料。

2019年,湖北新華光信息材料股份有限公司開發(fā)出氟磷玻璃新品H-FK95,折射率(nd)為1.43700,色散系數(shù)(ud)95.1,色散低,阿貝數(shù)最高,具有較大的異常色散性和極優(yōu)的光學(xué)消色差的能力,能夠簡化和優(yōu)化光學(xué)成像系統(tǒng),提高成像質(zhì)量。

目前,氟磷玻璃產(chǎn)品處于供不應(yīng)求的狀態(tài),在高清視頻監(jiān)控(1.5億只/年)、車載鏡頭(以每年30%的速度增長)、投影機(800萬臺/年)、數(shù)碼及單反相機(占光學(xué)需求總量的30%左右)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。

 

 

二、紅外硫系玻璃

近幾年,硫系玻璃被認(rèn)為是新一代紅外光學(xué)鏡頭材料。常見的紅外光學(xué)材料主要有ZnSe晶體、Si單晶、Ge單晶、硫系玻璃、氟化物等。

硫系玻璃是一種性能優(yōu)良的紅外光學(xué)材料,是以元素周期表VIA族中S、Se、Te為主,并引入一定量的其它類金屬元素(Ga、GeAs、Sb)所形成的無氧玻璃,可分為硫基(S)玻璃、硒基(Se)玻璃、碲基(Te)玻璃三大體系。

硫系玻璃是一種非晶態(tài)物質(zhì),與氧化物玻璃相比,具有較弱的共價鍵特性;禁帶寬度為1-3 eV,比氧化物玻璃(~10 eV)小,具有半導(dǎo)體性質(zhì)。

此外,硫系玻璃還具有優(yōu)良的透紅外性能、高的光學(xué)非線性、較低的聲子能量、光誘導(dǎo)效應(yīng)、半導(dǎo)體特性、快離子電導(dǎo)特性等特點,可應(yīng)用于汽車夜視裝置、紅外成像儀、生命探測儀、紅外肩扛彈、夜視瞄等領(lǐng)域。

成都光明光電股份有限公司聯(lián)合寧波大學(xué)實現(xiàn)了高質(zhì)量紅外硫系玻璃規(guī)?;a(chǎn),解決了Φ100-200 mm硫系玻璃批量化、穩(wěn)定的制備技術(shù),研制的硫系玻璃產(chǎn)品折射率均勻性為2.0x10-5,批次折射率誤差<4x10-4,性能指標(biāo)達到*水平。

除以上介紹外,硫系玻璃還有一個應(yīng)用技術(shù)——精密模壓。2003年,法國Umicore公司章向華博士首先實現(xiàn)了Ge22As20Se58 Ge20Sb15Se65硫系玻璃球面、非球面的鏡片精密模壓技術(shù),模壓樣品形狀誤差(模壓表面和設(shè)計表面之差)低于0.5 μm,與單點金剛石車床加工精度相當(dāng),現(xiàn)已批量提供給寶馬高檔轎車夜視裝置用。

精密模壓方法有單站式和多站式兩種,寧波大學(xué)的日本東芝211V型單站式模壓機具有模壓口徑大、精度高的優(yōu)點,但模壓效率低。

硫系玻璃在無熱化紅外光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計中占有一定優(yōu)勢。光學(xué)鏡片及其金屬外売材料在溫度變化時發(fā)生的光學(xué)/機械參數(shù)變化共同決定著紅外像質(zhì)變化。紅外光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境較為苛刻,更需要有針對性地對環(huán)境溫度變化改進光學(xué)設(shè)計,降低紅外光學(xué)系統(tǒng)在溫度變化環(huán)境中由于折射率變化導(dǎo)致的移焦、離焦等像質(zhì)降低問題。

硫系玻璃在無熱化紅外光學(xué)系統(tǒng)的典型應(yīng)用主要有長焦型長波紅外望遠(yuǎn)鏡物鏡、基于硫系玻璃的模壓非球面鏡片等。

硫系玻璃鏡頭目前在民用安防監(jiān)控、測溫?zé)嵯駜x市場最大,由于國內(nèi)紅外探測器國產(chǎn)化及成本降低,加之??低?、大華等監(jiān)控產(chǎn)品供應(yīng)商開始涉足紅外夜視領(lǐng)域,硫系玻璃國內(nèi)市場采購量逐步上升,未來年需求將超過10噸。民用車載夜視系統(tǒng)的發(fā)展將會對硫系玻璃產(chǎn)生更大需求。 



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