光学薄膜技术标准发展综述

2014-11-18高鹏阴晓俊赵帅锋王瑞生殷波费书

光学仪器 2014年5期

高鹏+阴晓俊+赵帅锋+王瑞生+殷波+费书国

摘要：为了说明光学薄膜行业相关标准的发展概况，对光学薄膜技术领域相关国家标准和行业标准进行了总结，主要归纳为5个主题方向：膜层功能、面形偏差、表面疵病、环境适应性及产品应用等。介绍了各个主题方向包含的主要标准及发展历程，重点介绍了膜层功能主题方向的标准从1977年以来的4个阶段性发展历程。针对各个主题方向，分析了各个主题方向的国家标准及行业标准的适用性，并提出了光学薄膜领域国家标准及行业标准发展的5项建议：更新相关标准，系列化归纳标准，统一规范标准引用，对复杂标准增加解释说明，根据产业发展需求制定相关新标准。

关键词：光学薄膜；标准化水平；国家标准；行业标准

中图分类号： F 203文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2014.05.019

引言

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。

序号标准号名称1GB 1315-77光学零件薄膜的分类、符号及标注2GB 1321-77光学零件上真空镀铝后阳极氧化加固的外反光膜3GB 1327-77光学零件上水解法镀二氧化钛、二氧化硅三层分光膜（R∶T=1∶1）4GB 1316-88光学零件镀膜减反射膜5GB 1318-88光学零件镀膜水解法镀双层减反射膜6GB 1320-88光学零件镀膜外反射膜7GB 1322-88光学零件镀膜内反射膜8GB 1330-88光学零件镀膜窄带干涉滤光膜9GB 10218-88光学零件镀膜截止滤光膜10GB 1329-89光学零件镀膜中性滤光膜11GB 10989-89光学零件镀膜分束膜可以看出，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。

序号标准号名称与旧标准的关系1JB/T 6179-92光学零件镀膜分类、符号及标注替代GB 1315-77（表1中序号1），重新制定，技术水平提升2JB/T 8227-1995光学零件上真空镀铝后阳极氧化加固的外反光膜替代GB 1321-77（表1中序号2），直接转化，技术内容不变3JB/T 8228-1995光学零件上水解法镀二氧化钛、二氧化硅三层分光膜（R∶T=1∶1）替代GB 1327-77（表1中序号3），直接转化，技术内容不变4JB/T 8226.*-1995光学零件镀膜（系列）共8个部分，相应替代GB 1316-88等8个标准（表1中序号4～11），直接转化，技术内容不变5JB/T 5474-91光学零件镀膜偏振膜—6JB/T 5588-91光学零件镀膜导电膜—7JB/T 5589-91光学零件镀膜高反射膜—

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。

序号标准号名称1JB/T 5474-91光学零件镀膜偏振膜2JB/T 5588-91光学零件镀膜导电膜3JB/T 5589-91光学零件镀膜高反射膜4JB/T 8226.*-1999光学零件镀膜（系列）5JB/T 10569-2006（=GB 1315-77）光学零件薄膜的分类、符号及标注6GB/T 26332.1-2010光学和光学仪器光学薄膜第1部分：定义7GB/T 26598-2011光学仪器用透明导电薄膜规范8GB/T 26828-2011多光谱减反射膜规范

2.2面形偏差类标准的发展

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

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。

序号标准号名称状态标准替代关系1ZB Y 327-85显微镜光谱滤光片基本规格废止被JB/T 9334-1999替代JB/T 9334-1999显微镜光谱滤光片基本规格废止启用GB/T 26601-2011GB/T 26601-2011显微镜光谱滤光片现行—2ZB N42 001-8735 mm电影放映机反光镜技术条件废止被JB/T 7467-94替代JB/T 7467-9435 mm和70 mm电影放映机反光镜技术条件废止被JB/T 7467-2008替代JB/T 7467-200835 mm和70 mm电影放映机反光镜技术条件现行—3JB/T 5590-91光谱仪器用滤光片现行—4GB/T 26328-2010生物化学分析仪器用干涉滤光片现行—5JB/T 11532-2013线性渐变中性密度滤光片现行—

3光学薄膜技术标准发展建议

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。参考文献：

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