目前我國(guó)光學(xué)材料行業(yè)仍以生產(chǎn)傳統(tǒng)的光學(xué)玻璃為主，一些新型材料需從國(guó)外進(jìn)口，不能完全滿足我國(guó)高科技發(fā)展的需要。在光學(xué)材料方面，我國(guó)急待需要進(jìn)行技術(shù)研究和技術(shù)創(chuàng)新工作，即開(kāi)發(fā)新型的光學(xué)材料，研究先進(jìn)的制造工藝以及測(cè)試技術(shù)，盡快形成我國(guó)的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。

新型光學(xué)材料對(duì)促進(jìn)我國(guó)光學(xué)材料行業(yè)優(yōu)化升級(jí)，提高工藝技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量，改善環(huán)境質(zhì)量，趕超世界先進(jìn)水平起到了積極地帶動(dòng)作用，對(duì)中國(guó)光學(xué)材料行業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

光學(xué)材料的現(xiàn)狀

在過(guò)去，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)で笮碌耐黄疲鐐鬏敗㈤_(kāi)關(guān)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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。

由于現(xiàn)代光學(xué)、光電子學(xué)等的迅猛發(fā)展，光學(xué)材料也取得了快速的發(fā)展。目前，光學(xué)材料的種類多達(dá)幾十種：無(wú)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(shì)，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(jìng)爭(zhēng)力，全球的光電相關(guān)產(chǎn)業(yè)紛紛向中國(guó)大陸進(jìn)行轉(zhuǎn)移。從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，日本、臺(tái)灣等十幾個(gè)光學(xué)加工廠紛紛到中國(guó)大陸辦廠。中國(guó)東南沿海地區(qū)已逐漸形成了實(shí)力雄厚的世界光電產(chǎn)品生產(chǎn)基地，也由此促進(jìn)了國(guó)內(nèi)光學(xué)玻璃行業(yè)的發(fā)展。

目前我國(guó)光學(xué)材料的開(kāi)發(fā)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在著一定的差距，特別是與日本和德國(guó)等國(guó)際知名光學(xué)材料生產(chǎn)廠家相比，無(wú)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。目前我國(guó)光學(xué)材料行業(yè)仍以生產(chǎn)傳統(tǒng)的光學(xué)玻璃為主，一些新型材料需從國(guó)外進(jìn)口，不能完全滿足我國(guó)高科技發(fā)展的需要，急需要進(jìn)行技術(shù)研究和技術(shù)創(chuàng)新工作。開(kāi)發(fā)新型的光學(xué)材料，研究先進(jìn)的制造工藝和測(cè)試技術(shù)，只要這樣才能盡快形成我國(guó)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。

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(La2O3)，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(chǎng)，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)、CD2ROM和DVD2ROM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(guó)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(guò)程中粘度小、易析晶、成型困難，光學(xué)常數(shù)波動(dòng)大，色散差，氣泡與條紋不易消除，并對(duì)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(wú)法解決產(chǎn)量低、質(zhì)量差、成本高等問(wèn)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(guó)外進(jìn)口。為了加快發(fā)展我國(guó)的光電信息產(chǎn)業(yè)和稀土工業(yè)，成都光明光電信息材料有限公司將鑭系光學(xué)玻璃的產(chǎn)業(yè)化工程作為重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目投入了很大的資金和研發(fā)力量，解決了高質(zhì)量鑭系光學(xué)玻璃的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)難題，并能夠生產(chǎn)過(guò)去許多難以制造的高難度鑭玻璃品種及環(huán)保系列鑭玻璃。

環(huán)保系列光學(xué)玻璃

隨著人類對(duì)生存環(huán)境保護(hù)意識(shí)的日趨加強(qiáng)，發(fā)達(dá)國(guó)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(duì)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)保化光學(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，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了多種系列的環(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(shì)。

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。大部分光學(xué)玻璃都含有這兩種成分。由于光學(xué)玻璃的折射率和色散在組成中是由各氧化物的比例決定的，為取代PbO和As2O3，必須用具有性質(zhì)相似的氧化物替代。PbO可以由TiO2和Nb2O5取代，As2O3可以由Sb2O3取代。對(duì)于鉛含量較高的火石(F)和重火石(ZF)類玻璃來(lái)說(shuō)，需要用較多的氧化鈦(TiO2)替代。而氧化鈦屬于變價(jià)態(tài)氧化物，加入過(guò)多將使生產(chǎn)技術(shù)的難度大大增加，所出現(xiàn)的問(wèn)題是在短波范圍內(nèi)透過(guò)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(duì)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。為了解決這些問(wèn)題，從優(yōu)化玻璃的組成、采用高純度原料、改進(jìn)熔化工藝等方面著手，已取得了比較好的效果。今后在用TiO2和Nb2O5取代PbO后，可能會(huì)對(duì)某些具有特殊色散性能的產(chǎn)品帶來(lái)影響。

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(duì)部分色散。短波方向的相對(duì)部分色散比一般冕牌玻璃大，可用它來(lái)消除二級(jí)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(zhǎng)的一側(cè)和負(fù)的折射率及溫度系數(shù)(dn/dt)等。它在摻入有色離子后具有良好的光譜性能，可用于生產(chǎn)大功率的激光玻璃。它與普通的光學(xué)玻璃有很大的區(qū)別：光學(xué)均勻性2折射率誤差可達(dá)到±2×10-6；在波長(zhǎng)為1054nm處其損耗低于010015/cm；玻璃中的OH根和Pt含量極低。為滿足其高均勻性，在后期必須進(jìn)行嚴(yán)格的精密退火。

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HOY2A、德國(guó)的肖特等廠家能夠批量生產(chǎn)。近年來(lái)，日本、韓國(guó)對(duì)氟磷酸鹽光學(xué)玻璃的詢價(jià)大幅增加，表明國(guó)內(nèi)外廠家對(duì)氟磷酸鹽光學(xué)玻璃的需求呈上升趨勢(shì)。成都光明公司現(xiàn)已完成了前期的研究工作，解決了在生產(chǎn)上容易揮發(fā)、脫水等問(wèn)題，并已開(kāi)始了小批量的生產(chǎn)。

低軟化點(diǎn)玻璃的精密壓型

低熔點(diǎn)光學(xué)玻璃主要應(yīng)用于非球面精密壓型。在光學(xué)系統(tǒng)中使用非球面元件可以明顯地改善像質(zhì)，消除球面光學(xué)元件很難去除的球差，減少光學(xué)系統(tǒng)中的光學(xué)零件數(shù)目(通常可以減少2個(gè)或更多的球面透鏡)，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，縮小了系統(tǒng)的體積，減輕了系統(tǒng)的重量。正是由于非球面元件具有諸多優(yōu)點(diǎn)，所以它在現(xiàn)代光電子產(chǎn)品、光通訊產(chǎn)品和圖像處理產(chǎn)品，如數(shù)碼相機(jī)、傳真機(jī)、讀取頭、可拍照手機(jī)等方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。用傳統(tǒng)的加工方法制造非球面元件主要靠高級(jí)光學(xué)加工技術(shù)人員采用手工修磨，其結(jié)果是精度穩(wěn)定性差，加工效率低，難以滿足生產(chǎn)要求。隨著科技的發(fā)展，目前在加工非球面元件方面已有了較大地進(jìn)步，一般大尺寸非球面元件的制造采用的是計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成型技術(shù)(CCOS)，小元件生產(chǎn)使用是直接精密模壓成型的方式，尤其是直徑小于15mm的非球面透鏡。

直接模壓成型光學(xué)玻璃對(duì)壓型用的模具有較高的要求。一般傳統(tǒng)的光學(xué)玻璃的軟化溫度大多在500——700℃(近年來(lái)開(kāi)發(fā)的環(huán)保玻璃的軟化溫度有增無(wú)減，大多在600——700℃)，進(jìn)行模壓的溫度通常超過(guò)玻璃的軟化溫度50——60℃，也就是說(shuō)在650℃以上才能進(jìn)行模壓。壓型用的精密模具易損傷，使用壽命很低，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中壓型模具所占的成本是最高的。模壓光學(xué)玻璃的廠商在模具上的成本投入直接影響產(chǎn)品市場(chǎng)。為解決這個(gè)問(wèn)題，國(guó)外公司研制生產(chǎn)了適宜于精密模壓成型的低軟化點(diǎn)溫度的光學(xué)玻璃，使玻璃的軟化溫度降到了600℃以下，從而可延長(zhǎng)模具的使用壽命，可達(dá)到降低成本的目的。

日本和美國(guó)在低熔點(diǎn)玻璃和非球面壓型研究方面起步較早，技術(shù)水平較先進(jìn)。近年來(lái)，韓國(guó)的LG和Samsung等公司也開(kāi)始研究生產(chǎn)低熔點(diǎn)玻璃。美國(guó)的康寧公司是美國(guó)的主要生產(chǎn)廠商，日本的HOYA，OHARA和Sumita是日本的主要生產(chǎn)廠商。

從日本和美國(guó)的光學(xué)玻璃生產(chǎn)廠商來(lái)看，在研制、生產(chǎn)方面方興未艾，市場(chǎng)需求也越來(lái)越大。隨著數(shù)碼相機(jī)的普及以及可拍照彩屏手機(jī)的興起，尤其是130萬(wàn)以上像數(shù)的可拍照手機(jī)逐步成為未來(lái)的主流，可以預(yù)測(cè)，用于非球面透鏡的低熔點(diǎn)光學(xué)玻璃的市場(chǎng)需求將會(huì)得到迅速的增長(zhǎng)。在中國(guó)大陸和臺(tái)灣幾個(gè)廠家中，幾年前就已開(kāi)始開(kāi)發(fā)非球面模壓成型，中國(guó)大陸的非球面加工也開(kāi)始起步。在2002年3月，第一個(gè)非球面光學(xué)元件產(chǎn)業(yè)化基地在中國(guó)昆明建成，現(xiàn)已開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。但低熔點(diǎn)光學(xué)玻璃的研發(fā)生產(chǎn)尚處于起步階段，成都光明公司作為中國(guó)最大最先進(jìn)的光學(xué)材料生產(chǎn)廠家，其低熔點(diǎn)玻璃的開(kāi)發(fā)已取得初步成功，現(xiàn)已有數(shù)個(gè)牌號(hào)正處于中試階段。

硬磁盤玻璃基片

目前用于制造磁盤基片的材料有塑料、金屬、金屬合金、碳、陶瓷、玻璃、微晶玻璃、玻璃陶瓷等，但主要使用的是塑料、金屬合金、微晶玻璃、玻璃、玻璃陶瓷。光盤所用的基片主要是塑料，而硬盤基片主要是鋁合金和玻璃。

玻璃基板是在人們放棄微晶玻璃后首選的用來(lái)代替NiP/AL基板的材料。由于玻璃的剛度大，適合制造薄盤，所以還可以省掉NiP層。加之玻璃在宏觀上是均勻的，拋光時(shí)無(wú)塑性變形，能得到非常光滑的表面，可保證磁頭在較低的飛行高度上，可提高盤片的儲(chǔ)存密度。但由于玻璃是一種脆性材料，玻璃表面的微裂紋在高速旋轉(zhuǎn)中可能會(huì)擴(kuò)展而引起玻璃開(kāi)裂。通過(guò)離子交換來(lái)鋼化玻璃基盤，使玻璃表面形成一應(yīng)力層，可鈍化裂紋尖端，阻止裂紋擴(kuò)展，提高強(qiáng)度，可成為理想的用來(lái)取代NiP/AL基板的材料。強(qiáng)化后的玻璃在進(jìn)一步薄片化時(shí)，增強(qiáng)層會(huì)受到影響。由于玻璃中含有堿金屬，所以成膜性能差，在應(yīng)力作用下堿離子發(fā)生遷移，使得力學(xué)性能和表面性能惡化。

化學(xué)鋼化玻璃基盤

采用離子交換增強(qiáng)法可以改變玻璃基板表面的結(jié)構(gòu)特性，使其產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，使玻璃強(qiáng)度增加。

離子交換法主要是以一種半徑較大的離子取代玻璃中相應(yīng)半徑較小的離子，可導(dǎo)致玻璃尤其是玻璃表面的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。半徑較大的離子擠進(jìn)半徑較小的離子位置，形成體積膨脹，使其產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，此壓縮應(yīng)力有利于抑制使玻璃破裂的張力。一般離子交換所產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力層的厚度約為75μm，可以使玻璃的強(qiáng)度增強(qiáng)，從而滿足使用要求。用離子交換法強(qiáng)化的玻璃基板，它所形成的應(yīng)力層，特別是雙面強(qiáng)化的基板，在受力不均勻時(shí)容易破裂。

不含堿金屬離子的玻璃基板

此基板材料由于不含堿金屬離子，不進(jìn)行離子交換，因此提高了玻璃本身的比彈性模量或使彈性模量成為開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。例如在HOYA公司的CN97191572.5專利中認(rèn)為，在引入大量的AL2O3，Y203，MgO和TiO2之后，稀土金屬氧化物對(duì)提高玻璃的楊氏模量會(huì)起很大的作用。目前玻璃基板的生產(chǎn)一般采用兩種方式：模壓成型和板料成型。

其它研究方向

未來(lái)新型光學(xué)玻璃，包括未來(lái)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(guò)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(dòng)測(cè)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(guó)外的一些大公司正在開(kāi)發(fā)研究，部分產(chǎn)品已開(kāi)始應(yīng)用。

在進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著光電子信息產(chǎn)品的迅猛發(fā)展和更新?lián)Q代，光學(xué)及光電子行業(yè)的材料研究進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代。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。我國(guó)在新型光學(xué)光電信息材料發(fā)展方面與國(guó)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(guó)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(kāi)發(fā)。