精密光学行业技术发展水平及趋势
思瀚产业研究院 茂莱光学    2023-11-22

①技术发展水平

目前，光学加工工艺主要包括切割、铣磨、精磨、抛光、磨边、胶合、镀膜等工艺环节。超精密加工技术是先进装备制造的关键性瓶颈技术，纳米精度被誉为超精密加工技术“皇冠上的明珠”。

超精密光学器件的制造体系，由超精密光学加工、超精密光学检测和超精密光学表面处理等环节构成。超精密光学器件的制造技术可以分为触式和非接触式两大类，在接触式制造技术中，最具代表性的方法是数控研磨抛光（CCP），单点金刚石切削（SPDT）以及磁流变抛光（MRF）技术。

在非接触制造中，具有重要应用价值的方法包括磨料射流抛光（FJP）、等离子体成型（PACE）和离子束抛光（IBF）等技术。目前我国已初步建立了包括 CCP、MRF、IBF、SPDT 等技术在内的超精密光学制造技术体系。

超精密光学器件制造涉及的重要技术之一就是表面镀膜技术，通过镀膜以提高透反射、偏振及强激光耐受等能力。为此，需要积极发展新型的等离子体镀膜技术、离子束镀膜技术、激光束镀膜技术和平片的化学气相沉积技术，并积极研究新的薄膜材料与结构体系以及新的薄膜器件设计与检测技术。这些技术的发展对于提高和保障超精密光学器件的实际应用水平至关重要。

此外，随着制造能力的不断提升，超精密光学器件的检测技术问题已经逐渐成为限制制造技术发展的瓶颈。目前，超精密光学器件的检测主要指面型检测和粗糙度检测两个方面。面型检测主要使用轮廓仪和干涉仪，高精度轮廓检测和干涉检测设备几乎全部依赖进口，因而迫切需要通过自主研发或者技术引进等方式降低依赖性。思瀚发布《2023-2028年中国精密光学行业市场现状及投资前景综合研究报告》

②技术发展趋势

A、多学科的先进制造技术的融合发展

随着超精密光学器件精度的提高和规模化生产的发展，半导体加工等领域的先进制造技术不断融入光学加工技术中，使现代精密光学器件的加工技术、工艺、设备等较传统光学加工技术发生较大变化。

目前，数控加工技术（CNC）、计算机辅助设计（CAD）、离子束辅助加工技术、磁控溅射成膜技术、高速精磨技术、抛光技术、磁流变抛光技术、精密切割技术等已经开始应用到光学器件加工的生产工序中，正在逐步取代应用了几十年的古典法抛光等传统加工工艺，大大提升了生产效率和品质保证能力，为光学器件加工进入规模化生产提供了可靠保障。

B、光学镀膜技术成为关键技术

由于现代精密光学器件向功能集成化和高精度方向发展，光学器件的分光光谱特性等只有依靠光学镀膜才可以实现。精密光学镀膜的偏振分光、减反射、光谱波长准确定位（通常在纳米级）等特性是目前其他任何技术无法替代的，所以光学镀膜技术是光学器件加工的关键技术。

由于技术门槛较高，目前高效、高品质、低成本的批量化生产技术仍然只有少数光学加工企业掌握。应用于集成电路制造和半导体器件制造的溅射成膜技术、等离子体化学气相沉积技术逐渐用于光学镀膜，提升效率和良品率、降低成本效果明显，成为实现大批量生产超精密光学器件的重要技术。

C、检测技术自动化

激光平面干涉仪、球面干涉仪、高精度分光光度计、拼接式干涉测量设备等自动化检测仪器开始广泛进入光学器件加工现场，通过计算机和软件分析技术无接触式自动判断面形和加工精度，正在取代传统的用光学样板接触式检验并需要个人主观判断面形和加工精度的检测方法，不仅快捷方便、准确可靠，而且消除了检测过程中对零件表面的污染和损伤。

D、精磨、抛光高速化、自动化

精磨、抛光是光学器件加工的主要工序之一。现代精密光学器件加工技术采用金刚石丸片等固体磨料精磨，聚氨酯抛光片替代沥青柏油盘高速抛光，设备采用高速精磨、抛光，冷却液自动供给，压力通过气动阀自动控制，加工时间自动控制，不仅显著提升了加工效率和批量化生产的加工精度、质量，而且大大改善了加工环境、作业条件。同时，随着液流喷射抛光等新技术和新设备的涌现，光学器件的加工技术将会跃上一个新台阶。