2015年中国光学仪器制造行业技术现状

    一、现代光学发展与应用进展

    随着现代光学的应用领域不断向宏/微观尺度、高精度、灵活性、智能化发展，光学系统已经不再是严格意义上的静态系统，基于传统静态认识的技术手段难以适应现代光学的要求。智研咨询发布的《2015-2020年中国光学仪器制造行业发展趋势研究报告》 中指出，近年来提出并发展起来的智能光学概念，为人们提供了一条从动态系统角度重新认识现代光学系统的技术途径。

    1、光学的发展史

    1.1 从远古到16世纪的萌芽时期，做了简单的光学现象的记录，并没有做系统的研究。创建一些简单的光学仪器，主要代表人物有：墨翟（公元前468-376年）著有《墨经》和欧几里得（公元前325年—公元前265年）著有《光学》。

    1.2 从16世纪中期至18世纪初的几何光学时期是光学发展的转机，建立了直线传播，折射，反射定律；提出了费马原理，光程，光的强度，颜色等概念和观察复杂的光学现象，建立，巩固和发展了牛顿的粒子理论。同时，波动理论开始萌芽。主要代表人物：费马（法，1601～1665）的费马原理，牛顿（英，1643～1727）的微粒学说。

    1.3 波动光学时期从19世纪初至19世纪末， 建立了波动理论， 干涉， 衍射和光极化现象的合理解释；迈克尔逊干涉仪， 否决了“以太”的存在，提出并验证光的本质是一种电磁波。以惠更斯，杨氏和菲涅耳为主要代表人物。

    1.4 量子光学时期从19世纪末到20世纪初，发现经典电磁理论的缺点，并建立光的量子理论。

    主要代表人物有普朗克（德，1858～1947）黑体辐射问题和爱因斯坦（美，1879～1955）解说光电效应。

    1.5 从20世纪60年代至今的现代光学时期，自1960年梅曼（美国，1927至2007年）所做的第一台红宝石激光器， 光进入了快速发展阶段，激光物理，激光技术，全息技术，光纤应用，红外波动的应用，非线性光学的新阶段，衍生出很多新的分支（非线性光学，全息光学，激光光谱学，自适应光学等） 。

    2、光学的应用

    2 . 1 激光技术

    激光可用于测距测速， 利用半导体发光应用高频调制的精密工程测距仪，距离可达数公里，精度为1～2厘米。激光用于精密计量，加工精密机械，照射种子产生遗传变异，改良作物；还有可用于视网膜焊接，瞳孔虹膜切除等。

    2 . 2 空间光学

    在空间天文， 深空探测和对地观测等领域中需要使用空间光学系统。主要技术包括： 高空间分辨率， 高光谱分辨率， 高时间分辨率，高辐射分辨率和定标精度。

    2 . 3 红外技术

    红外探测器，导弹制导和靶场测量、夜视、侦察、遥感、卫星姿态控制以及农业等许多方面都有很多应用。

    2 . 4 高速摄影

    利用光电效应的克尔盒高速摄影机，利用电控光阀的象增强摄影等。

    3、光学的展望

    3.1 光子技术，擅长信息传输，并具有宽带、大容量和并行处理等优点，在最近二十几年来有很大的发展，如光纤通信， 光盘存储，传感领域光子技术等的出现。还有当今广泛应用的电子计算机， 它的外部设备阵地（存储、显示、输入\输出等）也已经被光子技术占领。但是计算机的芯片仍被电子技术垄断。因此，电子技术最后胜利的标志就是攻下这个电子技术的最后堡垒，进而实现全光通信，全光网络和全光计算机。

    3.2 在过去的五十年中，光学物理研究最多的是激光光源，在今后的五十年里，人们应该着重研究对激光的控制（或光子调控） ，尤其是光开关技术。 全光开关是”以光控光“的基本光子组件。因为光子之间的相互作用太弱， 全光开关不能像电子晶体管开关那样直接地实现，一般要采用非线性光学方法间接地实现。这就是用激光致使介质的光学参量（ 折射率， 吸收系数， 极化率，偏振态、频率等）发生非线性变化，从而控制在该介质中传输的光束，改变它的强度、方向、波长、偏振或速度。因此光开关是基于非线性光学原理的技术。

    3.3 信息光子技术

    信息技术， 包括通信、计算、传感与遥测等技术，事关经济发展和各种关键技术的现代化（如材料技术、能源技术、环境技术、生物医学技术、军事技术等）的带头羊。

    3.4 光计算机

    以光子作为信息载体，光信号的数学运算，逻辑运算，信息存储和处理。光计算机直接对光信号进行处理，省去了计算机中的光信号与电信号的互换所带来的麻烦。

    3.5 光学应用于其他重要前沿基础科学（如激光光谱学，激光化学、光学信息理论），以促进其他学科和技术的发展（例如材料科学，农业科学，空间科学的发展），加强发展研究，提高光学装备的质量、经济性和及实用性。如光机电的综合运用，新材料的发展等。

    3.6 量子通信与量子密码技术

    加密技术是保护信息安全的主要手段之一，1976年就出现了古典密码，斯巴达密码棒，直到今天，密码尤其重要。信息安全是公众普遍关注的社会热点问题，传统的保密技术已经过时了，急需一种新的密码技术。量子密码技术提供了一种无条件安全的保密方案，可以防止被别人破解。

    总结：综上所述，光子技术将会得到飞速的发展，展望21世纪，我相信，任何大胆的预测都跟不上光子技术的发展。中国为适应信息时代的潮流，赶上国际先进水平，应开发光子技术和光子产业。

    二、光学仪器加工技术现状

    我国光学仪器的加工技术，虽然有较长历史但形成批量生产并具有完整的工艺是在新中国成立后。光学冷加工工艺在解放前虽然已有所采用，但缺乏完整性。解放后经过光学行业各方面人士及职工的努力，方逐步形成了较完善的加工方法。

    五十年代初期，光学行业的设备陈旧，工艺落后。进入第一个五年计划后，加工工艺主要是采用“苏联”的工艺，设备也是由苏联引的和按“苏联”图纸制造的专用设备，二十世纪六十年代初期，国内个别厂家由德国引进了先进设备（如铣磨机和光学对中心磨边机），受到这些设备的启示，国内在六十年代中期开始工艺科研和研制新设备。首先进行的是研究粗磨机机械化和设计粗磨机，由于设备和工艺的改进，加工效率有很大的提高，但是后来受政治形势的影响，光学工艺的革新受到冲击，刚见成效的工艺革新，就此停止。二十世纪七十年代中期，对光学冷加工技术改造和技术革新提出了“四化”目标，即毛坯型料化、粗磨机械化、精磨高速化、定心磨边自动化。经过努力，这些目标全部在二十世纪八十年代初基本实现了。光学工业实现了光学冷加工“四化”，为军转民生产光学仪器奠定了有力基础。二十世纪八十年代针对当时民用光学仪器生产，又提出了光学零件制造的新四化，即抛光高速化，清洗超声化，辅助工序机械化和辅料商品化。“新四化”，虽然受到了管理体制改变的影响，在研制设备和进行工艺科研的时间和深度不够理想，但全部实现了。

    二十世纪八十年代重点是对光学加工机理和工艺因素的研究和探讨，通过科研人员和课题组的努力，均取得了理想的科研成果。在光学零件的定摆磨削和光学零件加工中不同牌号玻璃与不同结合剂的丸片之间的合理匹配都在光学加工方面有了突破，引起光学界的重视。这些科研的成果对光学加工工业起了重要作用，为了我们进一步提高光学加工的科研水平，奠定了雄厚的基础，为新的创新开辟了道路。

    二十世纪八十年代是我们光学技术和工艺科研硕果累累的时期。不但在光学加工的基础理论方面，而在加工设备，加工工艺，加工模具，以及辅料等方面都取得了可喜成果。如光学加工机理，光学零件加工工艺因素，光敏胶，PH值稳定剂，光学导电膜，易腐蚀玻璃保护膜；PJM-320平面精磨机，QJM220球面精磨机，QJP-100与QJP-40光学中球面与小球面精磨抛光机；光学零件复制法；光学零件超声清洗代替清擦，光学零件真空吹塑包装以及自聚焦透镜制造等等，真是不胜枚举。这些科研成果，不但通过了部级鉴定，而且均获得子部级奖励或国家发明将。

    进入九十年代后，在中国光学行业有了更大的进展，这是由于光学产品出口，光学工艺也随着有了更大的改变和进展。我们采用了几十年的成盘加工工艺受到了冲击，而单件光学加工在光学批量生产中占据了统治地位。

    本世纪初，我国光学制造业已取得了辉煌的成果，进入了发展的高峰，已形成了很强的生产能力。

    据有数字统计的资料，我国光学制造能力已超过了五亿件/年，当然这不包括，一些小型民办企业的生产能力。在亚洲也好，在世界上也好，中国光学冷加工的能力应当是名列前茅的，但我们的技术水平却是比较落后。主要是表现在不能大批量生产高精度元器件，大部分企业不能长期稳定生产，不能制造高精度的特种光学零件。造成此种现象的原因：a.执行工艺规程不够b.没有专门工艺研究和工艺设备的研究开发单位c.没有行业法规d.没有软件贸易企业，没有“光学工程”的承包单位。

    光学加工设备和光学工艺的发展是分不开的。孔夫子说过“工欲善其事，必先利其器”。这说明设备在工艺技术发展中的重要性。

    我国光学加工设备和国际上光学设备的发展过程是一致的，即脚踏、机动、电动。基本是两大系列，一是德国系列、二是日本系列。解放前主要是德国设备为主，即从1936年云光厂成立，从国外引进的德国设备如：单轴粗磨机、二轴精磨抛光机、四轴精磨抛光机、五轴精磨抛光机等。二是伪满的大陆科学院为维修使用的光学仪器从日本购进的设备。解放后156项中的西光厂又从苏联购进了光学加工设备、它的原型机亦是德国设备、如ЩМ-500和ЩnМ-350型单轴粗磨机、ЩnМ-350三轴精磨抛光机、ЩnМ-200中型六轴精磨抛光机、和ЩnМ-60小型六轴抛光机以及Ц-2型定心磨边机等。

    在上世纪六十年代末期、由长春专用设备厂研制出了GM0.8铣磨机、南仪厂又在七十年代初期研制出GP-5型高抛机（后改成Q835型）。铣磨代替了粗磨、高抛代替了古典抛光。这是光学制造史上具有重要意义的年代。此后研制出了PJM-320。在平面加工方面实现高速化起了决定性的作用。

    三、光学仪器行业新产品动向

    科学技术在飞速发展再加上自动化程度也在不断提高，这让我国光学仪器获得新的发展。高科技化的仪表仪器日后必将一定会成为光学仪器科技与产业的发展主流。近10年来，括纳米级的精密机械研究成果让偏光显微镜通过全球网络技术得到了较大的推广这就会使得光学仪器领域发生了根本性的变革。

    通过分析我们能够看得出来高科技化将会是现代光学仪器的主要特征，这样将使光学仪器工业未来的发展之路，这也将会是新光学仪器其产业的发展方向。

    在这样的一个背景和形势下这让光学仪器提出了更高、更新的要求，像是在速度、灵敏度、稳定性等给光学仪器提供了强大的推动力，这也让光学仪器有了进一步的的发展物质。