塑料光学元件及其用途介绍

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过去一直用于低端、一次性、非成像消费类应用的塑料光学元件（或称聚合物/有机光学元件），已经在性能和耐用性方面获得了大幅提升，并且正在进入非传统工业、汽车和医药等行业。这些新的应用不仅对塑料光学元件本身提出了挑战，而且也对附着其上的光学镀膜提出了挑战。业界的一位镀膜专家曾指出：“如果没有光学镀膜，几乎所有的现代光学应用或系统都将失败。”
      
　　目前，业界正在开发并商用适用于数码相机、条形码扫描器、光纤传感器与通信网络以及生物计量安全系统等领域的光学镀膜。随着市场对低成本、高性能的塑料光学元件的青睐与日俱增，一些新的镀膜技术已经涌现出来以满足新的应用需求。
! q* ]/ C0 U7 n) O  　　为何选择塑料光学元件？
         
+ y. {- ^6 S; c- T5 R3 A2 s　　与玻璃光学元件相比，塑料光学元件的重量要轻2~5倍，这使得它们更加适用于夜视头盔、现场便携式成像应用以及重复使用或一次性医疗器械（如腹腔镜）等领域。此外，由于塑料光学元件可以根据安装需要模塑成型，因此能大幅减少装配步骤，降低制造成本。
      
* Y; r+ @3 `3 ]8 b) k　　塑料光学元件可用于大部分可见光应用中。对于其他近紫外和近红外应用，丙烯酸（卓越的透明度）、聚碳酸酯（最佳的冲击强度）和环烯烃（高耐热性和耐用性，较低的水吸收）等常用材料的传输波长范围为380~100nm）。在塑料光学元件表面增加镀膜，是为了提升其传输或反射性能，增加耐用性。
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0 Q! W+ y/ @# `1 _/ ^　　厚层镀膜（厚度通常约1μm或更厚）主要起到保护层的作用，同时也能为随后的薄层镀膜改善附着性和牢固性。薄层镀膜包括二氧化硅（SiO2）、氧化钽、氧化钛、氧化铝、氧化铌以及铪氧化物（SiO2、Ta2O5、TiO2、Al2O3、Nb3O5和HfO2）；典型的金属镜面镀膜有铝（Al）、银（Ag）和金（Au）。氟化物或氮化物则很少用于镀膜，因为要获得好的镀膜质量，需要较高的热量，这与塑料元件镀膜所需要的低热量沉积条件不符。
4 W/ g; ~/ m6 `3 ]7 @+ J8 p  　　然而，尽管塑料光学元件具有诸多优点，它们的使用也会带来一些新的挑战。“一些适用于玻璃光学元件的镀膜设计，可能并不适用于塑料光学元件，因为塑料光学元件具有较高的热膨胀系数。为了消除附着性和开裂问题。
8 l2 h0 q. c7 @  k! X' B  　镀膜的塑料光学元件的另一个常见的应用领域是眼镜。“目前，眼镜片上的防反射（AR）镀膜已经非常普遍，超过95％的眼镜都使用塑料镜片，而为镜片镀膜确实是一个技术奇迹，它代表了20年来镀膜技术的进步。”“除了光学和美观要求外，物理耐用性为镜片镀膜带来了特殊的挑战。首先，眼镜片通常是由众多的基体材料制造而成，这些材料通常包括二甘醇烯丙基碳酸酯、聚碳酸酯等。这些基体材料材具有吸水性（这将导致镀膜会受到来自基体材料方面的水蒸汽的损伤）和较高的热膨胀系数，因此会导致镀膜不牢固或受损。”Ellefsen补充说，“另外，人们经常会用含有化学物品的液体清洗镜片，用粗糙的纸巾或手帕擦拭镜片，冬季还要忍耐室内外较大的温差，偶尔还会不小心正面朝下从桌子上滑落到地上……因此，对镜片的耐油性的要求可见一斑。”