塑料光学元件镀膜逐渐满足高端应用需求

      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），光学镀膜机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。

　　为何选择塑料光学元件？

　　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。

　　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。

　　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。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，OpticalDynamics提供了另一种替代方案：液体聚合物纳米复合材料镀膜。应用来自OpticalDynamics公司的一种称为NanoClear的镀膜系统，不需要真空室就能完成镀膜，并且具有类似于聚合物基材的热膨胀性能，从而能避免由于过热引起的开裂问题。

图1：经过压痕后，塑料光学元件上的真空镀膜显示出了脆性破坏（上图a）。作为一种替代方案，无需使用真空室的液体聚合物纳米复合材料镀膜，经过压痕后并没有出现破损（上图b）。该镀膜可用于反射膜或增透膜（下图）。

　　应用

　　当重量、成本和易于组装性是使用一个光学元件的主要考虑因素时，塑料光学元件通常是最佳选择。目前正在为一家财富500强公司定制一种用于扫描仪中的反射光学元件。“这个高精密元件实际上是一个阵列，该阵列由15个球形元件和15非球形元件组成，并沿着产品的长度分部。”G-SPlastic Optics公司新业务开发总监Will Beich表示，“每个光学元件的位置精度约为±30μm，形状公差在3μm以内。为了减少扫描仪中的杂散光，要对光学元件镀上增强的铝膜。”