卡脖子的先进光学技术之一：光胶

光胶是一种依靠抛光表面分子吸引力将光学零件结合的无黏结剂工艺。 该工艺要求光学零件具有极高的面形精度）、清洁度及匹配的线膨胀系数。 光胶结合后的光学性能不变，变形小，耐寒性和耐热性优良，广泛应用于精密光学系统的平面元件连接，如平板、屋脊棱镜、分束镜滤光片等。随着科学技术水平的发展，这种技术的需求有了明显的提高，尤其是对高功率激光器的用户，图1是以分光棱镜为例：

图1 光胶分光棱镜

光胶是一种无胶水的超精密光学元件粘接技术，依靠分子间作用力（范德华力）实现光学表面的直接原子级结合。以下是其核心技术要点：

一、基本原理

1. 表面相互作用

   • 当两个光学表面达到亚纳米级平整度（RMS<0.5nm）时，表面原子间距缩短至0.3-0.5nm，产生强范德华力
   • 结合能密度可达0.1-1 J/m²，相当于传统胶水的10-100倍

2. 数学描述
   表面吸附能公式：

   W = A/（12πD*D）

   其中：

   • A = Hamaker常数（~10⁻¹⁹ J 对于玻璃）
   • D = 表面间距

光胶（Optical Contact Bonding）技术详解

光胶是一种无胶水的超精密光学元件粘接技术，依靠分子间作用力（范德华力）实现光学表面的直接原子级结合。以下是其核心技术要点：

二、关键技术指标

三、工艺流程

1. 清洗工艺

   • 采用RCA标准清洗(NH₄OH:H₂O₂:H₂O=1:1:5)
2. • 兆声波辅助清洗(950kHz，功率密度10W/cm²)

3. 活化处理

   • 氧等离子体处理(50W，30s，O₂流量50sccm)
   • 接触角从60°降至<5°

4. 键合过程

   • 初始接触压力：0.1-1MPa
   • 渐进式加压至10MPa(避免气泡产生)

四、性能优势

1. 光学性能

   • 透射波前畸变<λ/50（传统胶合为λ/10）
   • 无胶层导致的菲涅尔反射损失（提升透光率2-5%）

2. 环境适应性

   • 工作温度范围：-269℃~+450℃（优于环氧树脂的-60℃~+120℃）
   • 抗激光损伤阈值>10J/cm²（1064nm，10ns脉冲）

3. 长期稳定性

   • 老化速率<0.1 nm/年（传统胶合约1nm/年）

五、典型应用

1. 高能激光系统

   • 美国NIF装置采用光胶组合镜（Φ400mm，承受10kJ脉冲）

2. 空间光学载荷

   • 哈勃望远镜UV光谱仪的MgF₂透镜组（避免有机废气污染）

3. 量子光学器件

   • 非线性晶体（BBO/LBO）的零缺陷界面

六、质量检测方法

1. 干涉检测

   • 使用Zygo GPI XP干涉仪（灵敏度λ/1000）

2. 超声显微

   • 检测界面缺陷

3. 强度测试

   • 四点弯曲法测结合强度（通常>50MPa）

注意事项：

• 仅适用于同种/热膨胀系数匹配的材料（如熔石英-熔石英、硅-硅）
• 需在恒温恒湿环境（23±0.5℃，RH40±5%）下操作
• 失败后需用超薄刀片（厚度<50μm）进行分离

（技术标准参考：MIL-STD-810G 方法-520.5 温度冲击试验）

视频1简单介绍一下光胶的情况：

视频1 光胶、SPR生化仪器卡脖子的技术

据了解，德国Bernhard Halle Nachfl. GmbH公司可以提供光胶分光棱镜，价格比较昂贵： 

http://www.b-halle.de/products/polarizers/polarizing_beamsplitter_cubes.html

光胶技术在仪器行业有非常重要的应用。举一个实际例子，国产的SPR生化仪研发国家投了大笔的资金，但是到今天也是没有成熟的仪器推出取缔进口,其中一个原因就是芯片耦合技术对国内封锁(如图2)