2014, Vol. 36
Issue (5): 465-470
光学薄膜的应用始于20世纪30年代[1],至今已形成一门独立的技术,广泛应用在天文、军事、医学、科学检测、光显示和光通讯等行业中。光学薄膜能改善系统性能(如:分束、滤光等),是满足设计目标的必要手段,对光学仪器的质量起着重要或决定性的作用。
近三十年来,随着我国光学与光电子产业的迅猛发展,光学薄膜技术在镀制设备、膜系设计、特性测试和应用开发等方面取得了广泛的成果,形成了相当的产业规模,产品正在走向国际化。随着光学薄膜技术产业化的扩大,其生产的社会化程度逐渐提高、技术要求日趋复杂,因此对标准化的要求也越来越高。
所谓标准化,是为了在一定范围内获得最佳秩序,对现实问题或潜在问题制定共同使用和重复使用的条款的活动[2]。标准化活动最终会形成标准,其定义为:为了在一定范围内获得最佳秩序,经协商一致制定并由公认机构批准,共同使用的和重复使用的一种规范性文件[2]。完善的标准化体系对促进产品在技术上的相互协调配合、优化产业结构、增强产品的市场竞争力等方面具有不可估量的作用,是国民经济和社会发展的重要技术支撑。
我国的标准化工作开展于上世纪50年代,目前标准的范围已覆盖60多个行业,且标准的数量每年呈稳定增长趋势[3]。本文立足于光学薄膜行业,分析行业相关5个领域标准的发展情况,并结合光学薄膜技术标准的发展现状,对行业相关标准的进一步发展提出了几点建议。
1 光学薄膜技术相关领域光学薄膜技术涉及多个技术领域,总结光学薄膜相关国家标准和行业标准时,主要关注了以下5个主题方向。
(1)膜层功能。光学薄膜可实现诸如反射、增透、滤光、分束等不同功能,以满足多样化的设计要求。不同膜层功能需要用不同的技术指标去描述和评判。
(2)面形偏差。实际光学表面与理想光学表面必然存在一定的偏差,这称为面形偏差。在光学薄膜领域,面形偏差一方面由基片加工水平决定,另一方面也会受到膜层应力的影响而降低或加剧。
(3)表面疵病。镀膜表面会存在一定的缺陷,如麻点、擦痕等,统称为表面疵病。表面疵病程度会影响光学系统的性能,进而制约着光学薄膜的用途。
(4)环境适应性。光学薄膜必然工作于一定的环境条件(如:温度、湿度等),而在该条件下薄膜能否长久稳定工作,体现了光学薄膜环境适应性的强弱。环境适应性是评判光学薄膜的一项重要因素,需要用一定的环境试验来检验。
(5)产品应用。光学薄膜最终会形成产品(光学元件),安装在仪器中以满足一定的使用要求。一种应用类型的光学薄膜产品中可能涉及多个功能的膜层。
上述光学薄膜技术相关领域,各有相关的标准对生产活动进行规范和指导。下文将逐一论述相应标准的发展情况。
2 标准发展概况 2.1 膜层功能类标准的发展膜层功能类标准的发展,大致可分为以下4个时间段。
(1)1977年—1987年。
这一时期,可称为膜层功能类标准的“起步阶段”。
当时,国内光学薄膜行业的发展刚刚起步,涉及到的膜层功能不多,国家在1977年相应颁布了GB 1315-77、GB 1316-77、GB 1317-77、GB 1320-77、GB 1321-77、GB 1325-77、GB 1326-77、GB 1327-77、GB 1328-77和1330-77等10个标准,内容涵盖反射膜、增透膜、分束膜及窄带滤光膜等方面。这些标准满足当时的行业需求。
(2)1988年—1995年
这一时期,可称为膜层功能类标准的“快速发展阶段”。
随着光学薄膜行业技术水平的提升,膜层的功能逐渐趋于多样化,1977年颁布的标准越来越无法满足使用需求。在这种情况下,国家在1988年—1989年间,对膜层功能类标准进行了一次系统整理,将相同类型的标准合并,并颁布新的膜层功能标准。经过整理的标准见表 1。
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表 1 截至1989年的膜层功能类标准 Tab. 1 The standards of Optical coating functions by the end of 1989 |
可以看出,到1989年,除GB 1315-77、GB 1321-77和GB 1327-77这3个标准外,其余1977版标准已全部更新。
从1991年开始,光学薄膜行业逐渐归为机械行业的一个分支,相关标准也开始以机械行业标准(JB)的形式出现。截至1995年,膜层功能类标准全部转化为机械行业标准,如表 2所示。
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表 2 截至1995年的膜层功能类标准 Tab. 2 The standards of optical coating functions by the end of 1995 |
膜层功能类标准自1988年起,经过7年的发展,不但提升了技术水平,扩展了技术领域,而且将零散的标准合成了一个系列标准,标准号大幅减少,初步形成了膜层功能领域的标准体系。
(3)1996年—2009年
这一时期,可称为膜层功能类标准的“发展停滞阶段”。
膜层功能类标准在1995年之后的14年间,发展陷入停滞。仅有的几次调整如下。
> 1999年,JB/T 8226.*-1995(表 2中序号4)进行了编辑性修订,技术内容不变。
2004年,JB/T 8227-1995(表 2中序号2)和JB/T 8228-1995(表 2中序号3)废止,退出历史舞台。
2006年,国家发改委发布了第46号公告,提出将“445项国家标准调整为行业标准”。在这份公告中,将已废止的国标GB 1315-77(表 1中序号1)直接转化为同名行业标准JB/T 10569-2006,相应废止了JB/T 6179-92(表 2中序号1)。
膜层功能类标准在这一时期的发展停滞,造成了标准技术水平的落后,无法满足行业的发展需求。
(4)2010年—现在
这一时期,可称为膜层功能类标准的“发展复苏阶段”。
2010年,由“沈阳仪表科学研究院”制定的《光学和光学仪器 光学薄膜》系列标准的第1部分GB/T 26332.1-2010颁布,为沉寂已久的光学薄膜标准领域注入新的活力。该标准等同采用国际标准ISO 9211系列,共4个部分,后3部分已于2013年报批,不久将颁布实施。
在这之后,又有一些新的膜层功能类标准颁布,标准的发展呈现出复苏趋势。到目前为止,现行的膜层功能类标准如表 3所示。
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表 3 现行膜层功能类标准 Tab. 3 The standards of valid optical coating functions by nowt |
国内面形偏差类标准只有GB/T 2831,其最早颁布于1981年,即GB 2831-81《光学零件的面形偏差 检验方法(光圈识别)》。该标准适用于以等厚光波干涉原理检验球面(包括平面)光学零部件的面形偏差,其提出的用“光圈”描述面形偏差的方法,在国内获得普遍应用。
2009年,该标准参照国际标准ISO 10110-5:2007进行了修订,即GB/T 2831-2009《光学零件的面形偏差》。修订后的标准保留了“光圈”的描述方式,同时引入了国际上描述面形偏差的术语,如“PV值”、“rms值”等,初步实现了与国际标准的接轨。
2.3 表面疵病类标准的发展国内表面疵病类标准,只有GB/T 1185,共有以下3个版本。
(1)GB 1185-74 《光学零件表面疵病》
该标准颁布于1974年(以下称“74版标准”),是参照当时苏联标准ГOCT 11141《光学零件表面光洁度等级检测方法》而制定的[4, 5]。“74版标准”把表面疵病分为10个等级,在国内获得普遍应用。
(2)GB 1185-89《光学零件表面疵病》
“74版标准”在1989年进行了修订(以下称“89版标准”),修订时参照了当时德国提出的ISO 10110-7国际标准草案[5],完全抛弃了之前的等级概念,采用表面疵病允许个数G和表面疵病大小级数J来表征表面疵病。
(3)GB/T 1185-2006《光学零件表面疵病》
“89版标准”在2006年再次进行了修订(以下称“06版标准”),此次修订是根据ISO 10110-7:1996和ISO 14997:2003这两个国际标准重新起草的。“06版标准”延续了“89版标准”的表面疵病表征方式,增加了表面疵病未注公差、可视度要求等技术内容,标准显得更加细腻。
目前,“06版标准”修订时参照的两个国际标准已更新为ISO 10110-7:2008和ISO 14997:2011,“06版标准”也将面临再次修订。
2.4 环境适应性类标准的发展应用在光学薄膜行业中的环境适应性类标准,现行的有以下3个。
(1)GB/T 2423.*《电工电子产品环境试验方法》
GB/T 2423.*是一个系列标准,最早颁布于1981年,目前还在持续更新中。标准中描述的环境试验方法,是为电工电子产品而设定,并非针对于光学薄膜,但其中的“低温”、“高温”、“恒定湿热”、“交变湿热”、“盐雾”等试验方法从1988年开始广泛被光学薄膜行业借用。
(2)GB/T 12085.*《光学和光学仪器 环境试验方法》
GB/T 12085.*是一个系列标准,最早制定于1989年,在2010—2011年进行了修订,内容与ISO 9022系列基本一致。标准中描述的环境试验方法是针对光学仪器而设定,其中的“低温”、“高温”、“湿热”、“盐雾”等试验方法适用于光学薄膜,相关试验方法在光学薄膜国际标准ISO 9211系列中有所引用。
(3)GB/T 26331-2010《光学薄膜元件环境适应性试验方法》
GB/T 26331-2010是专门针对光学薄膜的环境试验方法标准,在制定中参考了ISO 9211、ISO 9022等相关内容,对环境试验方法进行了归纳整理,适合光学薄膜行业使用。
另外,前文提到已报批的GB/T 26332系列标准,后两部分也是关于光学薄膜环境试验方面的内容,分别等同采用ISO 9211-3:2008和ISO 9211-4:2012。试验方法与“GB/T 12085.*”和“GB/T 26331-2010”相关内容一致,彼此相容。
2.5 产品应用类标准的发展展光学薄膜产品应用类标准,最早出现的是两个专业标准ZBY 327-85《显微镜光谱滤光片 基本规格》和ZBN42 001-87《35 mm电影放映机反光镜技术条件》。在这之后,随着光学薄膜技术水平的提升,产品应用类标准也在不断变更和扩充。截至2013年,光学薄膜产品应用类标准的变化情况如表 4所示。
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表 4 光学薄膜产品应用类标准的变化情况 Tab. 4 The changes of the standards of applications of optical coating |
经过几十年的发展,我国的标准化工作取得了相当的成效,标准的数量和质量都不断提升,并开始逐步与国际接轨,这从上文对光学薄膜领域标准发展情况的分析中可窥见一斑。今后,建议从以下几个方面来完善光学薄膜技术标准。
(1)对落后标准的更新。表 3中前5个标准以及JB/T 5590-91(表 4中序号3)均为现行标准,但核心内容为1991年之前所制定,技术水平较低,需要修订;另外GB/T 1185-2006对应的ISO标准已更新,该标准也需要修订。
(2)标准系列化发展。膜层功能类方面,JB/T 5474-91、JB/T 5588-91、JB/T 5589-91和JB/T 8226.*都是“光学零件镀膜”相关标准,内容有一定的相关性,却被分散在多个标准中,检索和应用都不方便,建议进行修订时将它们归为一个系列标准,减少标准号的分布。
(3)标准引用统一。光学薄膜环境适应性方面,可引用的标准包括GB/T 2423.*、GB/T 12085.*、GB/T 26331-2010。由于GB/T 2423.*被光学薄膜行业引用较早(从1988年开始),目前人们还是习惯引用该标准,但与之相比,GB/T 12085.*以及其后的标准更适合光学薄膜,并与国际通用方法一致。为了行业中标准引用的统一,建议GB/T 2423.*逐渐淡出光学薄膜行业。
(4)为复杂标准提供必要的说明文件。面形偏差标准GB/T 2831-2009和表面疵病标准GB/T 1185-2006的实施一直都不顺畅,这与标准的内容相对复杂、人们对其理解不深入有一定关系。对于内容复杂的标准,建议以后在发布标准的同时,提供配套的技术辅助文件来说明标准的内容,增强人们对标准的理解。同时,国家应鼓励专家学者发表标准方面的论文和著作,这有利于标准的顺利实施和推广普及。
(5)根据行业需求,发布新标准。通过表 4可以看到,现有光学薄膜产品应用类标准仅涉及显微镜、光谱仪、生化分析仪及电影放映机等方面。随着光学薄膜技术的发展,其应用领域在不断扩展,如手机的显示触摸屏、3D立体影像、天文观测等方面都有光学薄膜的身影。因此,在光学薄膜应用领域,应随着产品的逐渐发展成熟而酌情颁布新的标准。
4 结 论随着光学薄膜技术水平的提升,行业上对标准化的要求也不断提高。为了使光学薄膜行业相关人士了解本行业的标准状况,本文针对光学薄膜技术相关的5个领域,论述了相应标准的发展概况,并结合现状对光学薄膜技术标准的发展提出了几点建议。相信我国光学薄膜技术标准会越来越完善,我国的标准化水平也会不断踏上新的台阶。
| [1] | 叶 帆,顾 兵,黄晓琴.薄膜材料折射率色散的进展与展望[J].光学仪器,2010,32(4):90-94. |
| [2] | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 20000.1-2002 标准化工作指南 (第1部分):标准化和相关活动的通用词汇[S].北京:中国标准出版社,2002. |
| [3] | 莫 洁.我国标准化工作建设现状分析及对策研究[J].生产力研究,2012(7):166-169. |
| [4] | 果宝智.光学表面光洁度评述[J].激光与红外,1991,21(4):29-34. |
| [5] | 刘庆明,盛益鹏.GB/T 1185《光学零件表面疵病》与俄、美相关标准对比分析[J].国防技术基础,2007(8)6-10,18. |