光学塑料是指用作光学介质材料的塑料。主要用在批量较大的光学仪器中,用于制造光学基板、透镜、隐形眼镜、有机光导纤维等。已获得应用的光学塑料主要有透明类塑料。
光学塑料的研制已得到各国重视。针对当前光学塑料存在的缺点,今后的发展方向为:
(一)提高耐热温度
目前塑料透镜的耐热温度普遍偏低,尤其是最常用的PMMA热变形温度气为75~80℃,从而使应用范围受到限制,若其热变形温度能达到100~150℃,则很多领域可以应用塑料透镜;
(二)提高耐湿性
光学塑料一般都有吸水性,极大地影响光学性能,因此,降低吸水率极为重要。
(三)减少双折射
高分子材科都有双折射问题,它与摩尔量、形态结构、密度、成型时分子取向以及内应力的影响都有关系,一般光学材料要求无双折射,故期望研制出双折射小的塑料。
(四)研制高折射率塑料
现在可用的光学塑料材料的折射率都在1,6以下,品种少,选择余地小,而透镜的折射率越大,越易进行像差校正,越能提高透镜的性能,因此,今后要大力开展高折射率光学塑料的研究,至少具有1.6以上。
(五)塑料成型工艺的研究
不同的光学塑料,成型透镜、非球面的方法不尽相同,特别是棱镜的成型,几乎很少研究。对于高精度零件的研究,几乎是空白。因此,今后应大力开展成型工艺的研究。
光学材料的应用
一、激光玻璃技术分析
自出现Nd3+在玻璃中的激光以后,20世纪六七十年代,曾致力于探索各种能在玻璃中实现激光输出的离子。许多稀土离子掺杂玻璃都能实现激光输出。其中最具有价值的例子为Nd3+和Er3+,成为后来研究和发展的重点。另一方面是开拓激光玻璃的实际应用。到现在为止,真正获得应用的激光玻璃为钕激光玻璃和铒激光玻璃,而且主要是钕激光玻璃。在长达四十几年的时间内,包括激光例子在玻璃中的光谱、发光、非线性效应等基础研究;激光材料性能测定、检测技术和设备的建立;激光玻璃产品发展及激光玻璃特有的制作技术,这些工作都以钕激光玻璃为对象。
二、远红外玻璃技术分析
红外光学玻璃是重要的红外光学材料,具有极大特点:玻璃红外材料容易获得较高的光学均匀性,可用来制造光学要求高的大尺寸光学元件;玻璃类材料不会解理,因此,具有较高的机械强度、冲击强度和较大的表面硬度;大多数玻璃对大气作用是稳定的。另外,玻璃的制造和退火过程比晶体的培育和退火相对简单、容易。因此,成本低廉并容易制成大块、均匀的各种形状的光学制品。红外光学玻璃包括熔融石英玻璃、各种硅酸盐红外玻璃、锗酸盐玻璃、铝酸盐玻璃、碲酸盐玻璃及砷-硫-硒、砷-硫-碲、锗-砷-硒、硅-砷-碲、硒-砷、硫-砷等非氧化物系统玻璃。
为了扩大材料的透红外波长范围,就要提高玻璃成分中阴、阳离子的质量。其中阳离子可以采用原子序数大的重金属元素,而阴离子质量,对于氧化物玻璃来说,阴离子为阳离子,质量一定,受到限制,要想提高阴离子质量,则必须改变阴离子种类,也就是说,要选择质量比氧离子大的阴离子来作为玻璃中的阴离子,这样就发展了非氧化物玻璃,也就是远红外玻璃。
目前发展的非氧化物玻璃是硫属化合物玻璃。它是硫化物、硒化物、碲化砷、碲化锑、碲化铋、碲化磷和碲化铊的无氧熔融物。
三、微晶玻璃技术分析
微晶玻璃又称玻璃陶瓷,是将特定组成的基础玻璃,通过控制晶化而得到的含有大量微晶体及玻璃相的多晶固体材料。微晶玻璃采用普通玻璃制造工艺熔制、成型,再经过荷花和晶化热处理,得到由大量细小晶粒和残余玻璃相组成的致密无机材料。微晶玻璃采用普通玻璃的制造工艺,得到的制品结构与陶瓷相似,同时兼有玻璃与陶瓷的特点。通过控制晶粒组成、尺寸和含量,可以得到各种不同性能的微晶玻璃,具有广泛的用途。
四、精密压型技术分析
玻璃非球面从折射、透光性、耐高温等性能方面讲都要比塑料非球面高得多,目前玻璃非球面技术在中国大陆来讲几乎是空白目前加工比较成功的公司有:台湾亚光、美国柯达、莱特巴斯、荷兰菲利浦、日本奥林巴斯、HOYA、松下等,从目前光学企业发展方向来看,在不久以后玻璃非球面必将顶替塑料非球面。现在各大数码相机公司在发布产品时都会强调产品中包含几枚玻璃非球面,这不仅体现相机性能优秀,还体现了一个公司的实力。
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