Что такое инфракрасные оптические материалы?

доля

Время выпуска: 2024/1/4

Резюме

Инфракрасные оптические материалы обычно делятся на три основные категории: инфракрасное оптическое стекло, инфракрасные оптические пластики и инфракрасные оптические кристаллы.

Что такое инфракрасные оптические материалы?

1. Инфракрасное оптическое стекло

Преимуществами инфракрасного оптического стекла является хорошая оптическая однородность, его можно плавить и обрабатывать в любой форме в условиях высоких температур, чтобы удовлетворить требования дизайнера к использованию. В то же время этот материал обладает высокой механической прочностью и твердостью, легко поддается обработке, высокой химической стабильностью, коррозионной стойкостью, износостойкостью, а сырье легко получить, низкая стоимость. Однако он имеет узкую полосу пропускания и подвержен плавлению и повреждению при высоких температурах. Примеры включают оксидные стекла и халькогенидные стекла.

Инфракрасное оптическое стекло обычно разделяют на две основные категории: оксидное стекло и халькогенидное стекло. Наиболее часто используемые оксидные стекла включают сапфировое. (Al ₂ O ₃ ) и кварц (SiO ₂ ). Из-за существования сильных полос поглощения на расстоянии 3 мкм и 7 мкм длинноволновый предел пропускания оксидного стекла невелик, поэтому его можно использовать только в видимом, ближнем инфракрасном, коротковолновом инфракрасном и средневолновом инфракрасном диапазонах. К наиболее часто используемым халькогенидным стеклам относятся германий-мышьяк-селеновые стекла (Ge ₃₃ As ₁₂ Se ₄₄ ) и германий-сурьмяно-селеновые стекла (Ge ₂₈ Sb ₁₂ Se ₆₀ ). Халькогенидные стекла заменяют кислород элементами VI группы S, Se и Te для улучшения предела длинноволновых волн, которые подходят для коротковолновых, средневолновых и длинноволновых инфракрасных диапазонов.

2. Инфракрасные оптические пластмассы

Обычные инфракрасные оптические пластики включают полиэтилен, полипропилен, политетрафторэтилен и другие, которые представляют собой аморфные высокомолекулярные полимеры. Низкое пропускание пластмасс в средневолновом инфракрасном диапазоне обусловлено тем, что вращательные и решеточно-колебательные полосы поглощения их молекул лежат именно в средневолновом диапазоне. Пластмассы имеют более высокую прозрачность в ближнем инфракрасном и длинноволновом инфракрасном диапазонах. Инфракрасно-оптические пластики имеют множество преимуществ, таких как низкая стоимость, устойчивость к коррозии и плохо растворяются в воде. Линзы Френеля в инфракрасных сигнализаторах часто изготавливаются из длинноволновых инфракрасных пластиковых материалов.

3. Инфракрасные оптические кристаллы.

Для инфракрасных оптических систем существует два распространенных типа инфракрасных кристаллических материалов: ионные кристаллы и полупроводниковые кристаллы. По сравнению с инфракрасным оптическим стеклом, инфракрасные кристаллические материалы характеризуются более длинными пределами передачи, большими различиями в числах Аббе и коэффициентах преломления, а также отличными физическими и химическими свойствами. Обычные ионные кристаллы включают кристаллы оксидов, щелочно-галогенидные соединения и инфракрасные галогениды. Обычные полупроводниковые кристаллы включают германий, кремний, сульфид цинка, селенид цинка и т. д. Из-за обычно более высокой отражательной способности полупроводниковых кристаллов обычно требуются просветляющие покрытия. Ниже представлен обзор некоторых широко используемых полупроводниковых кристаллов.

Германий имеет диапазон длин волн от 1,8 до 23 мкм, а диаметр монокристаллов германия обычно составляет около 250 мм. Имеет хорошую химическую стабильность. Твердость германия низкая, поэтому при производстве и обработке требуется особое внимание. Из-за высокого температурного коэффициента показателя преломления его нельзя использовать при температуре выше 150°C. Кроме того, из-за высокого показателя преломления потери отраженной энергии велики, необходимы антибликовые покрытия. Германий можно использовать для изготовления линз, окон и фильтров.

Кремний — неметаллический кристаллический материал с диаметром монокристалла более 150 мм и поликристаллическим диаметром более 400 мм. Кремний имеет значительные преимущества перед германием по прочности, твердости и устойчивости к термическому удару. Верхний предел рабочей температуры кремния составляет 325°C. Его показатель преломления обычно составляет около 3,4, что требует антибликового покрытия. Помимо использования в линзах и окнах, кремний также можно использовать для обтекателя.

Селенид цинка имеет диапазон длин волн от 0,5 до 24 мкм и представляет собой обычный инфракрасный оптический материал со стабильными химическими свойствами, но относительно мягким физическим, обычно требующим нанесения высокопрочных антибликовых покрытий, которые можно использовать для линз и окон.

Сульфид цинка имеет диапазон длин волн от 0,4 до 18 мкм и под солнечным светом приобретает светло-желтый цвет. Обычно его обрабатывают методом осаждения из паровой фазы для использования в линзах, окнах и обтекателях. В таблице 1.0 приведены показатели преломления инфракрасного оптического кристалла в различных диапазонах.

Для инфракрасных оптических систем выбор инфракрасных материалов так же важен, как и исходная структура. При выборе материалов проектировщики должны сначала обратиться к соответствующей информации, проанализировать характеристики каждого материала в оптических, механических, химических и других аспектах и сделать разумный выбор, исходя из реальной рабочей среды инфракрасной оптической системы, одновременно соблюдая проектные требования. В целом, существует меньше инфракрасных оптических материалов, которые одновременно учитывают вышеуказанные моменты.

При выборе материалов важно учитывать, что более высокие эксплуатационные параметры материала не всегда лучше, а более низкие параметры не обязательно являются предпочтительными. Например, для отражающих зеркал требуются материалы с высокой отражательной способностью, а для линз — материалы с низкой отражательной способностью и высоким коэффициентом пропускания; окна для охлаждаемых инфракрасных детекторов требуют материалов с низким показателем преломления. Для достижения высокой дисперсии материалам светоделителя требуется низкое число Аббе, а для дублетной линзы требуется сочетание материалов с низким и высоким числом Аббе.