Инфракрасная технология широко используется в различных областях, таких как тепловидение, астрономия и военное применение. Производительность инфракрасных систем во многом зависит от материалов, используемых для изготовления линз, окон и других оптических компонентов. В этой статье мы рассмотрим некоторые распространенные инфракрасные материалы и более доступно поймем их свойства.
Вот список материалов для инфракрасных линз:
Селенид цинка (ZnSe) Введение
Сульфид цинка (ZnS) Введение
Фторид кальция и фторид магния Введение
Фторид бария (BaF₂) Введение
Фторид лития (LiF) Введение
Арсенид галлия (GaAs) Введение
Монокристалл германия (Ge) Введение
Монокристалл кремния (Si) Введение
Селенид цинка (ZnSe)
Селенид цинка CVD — действительно особенный материал. Он химически инертен, что означает, что он трудно вступает в реакцию с другими веществами. Он имеет высокую чистоту и отлично адаптируется к различным средам. Кроме того, он легко обрабатывается, что делает его фаворитом среди производителей.
Одной из его ключевых особенностей является низкая потеря светопропускания. Это означает, что он пропускает инфракрасный свет с минимальными потерями, что приводит к четким и резким изображениям. Это лучший выбор для оптических компонентов мощных CO₂-лазеров, поскольку они могут выдерживать интенсивную энергию без повреждений.
Еще одним преимуществом является равномерный показатель преломления. Это делает его идеальным для защиты окон и оптических компонентов в перспективных инфракрасных (FLIR) тепловизионных системах. Это гарантирует правильную фокусировку света и высокое качество изображения.
Он также широко используется в медицинских и промышленных болометрах и инфракрасных спектрометрах. В этих приложениях его способность точно передавать инфракрасный свет имеет решающее значение для измерения температуры и анализа веществ.
Сульфид цинка (ZnS)
Сульфид цинка, полученный методом CVD, также является химически инертным материалом высокой чистоты. Он не растворяется в воде, имеет умеренную плотность, с ним легко работать. Эти характеристики делают его популярным для изготовления инфракрасных окон, куполов и оптических компонентов.
Как и ZnSe, ZnS имеет хорошую однородность и постоянство показателя преломления. Это означает, что он может хорошо фокусировать свет и создавать четкие изображения. В диапазоне 8000-12000 нм он имеет превосходные характеристики передачи изображения. Однако по мере того, как длина волны становится короче, она начинает поглощать и рассеивать больше света.
По сравнению с ZnSe сульфид цинка дешевле. Он также имеет высокую твердость, что делает его более прочным. Его прочность на излом в два раза выше, чем у ZnSe, поэтому он может выдерживать жесткие условия. Это делает его идеальным для изготовления обтекателей ракет и инфракрасных окон для военных самолетов.
Фторид кальция и фторид магния
Кристаллы фторида кальция (CaF₂) и фторида магния (MgF₂) очень прочные. Они обладают высокой твердостью и могут противостоять механическим и термическим ударам. Это делает их пригодными для использования в суровых условиях.
Они также имеют хорошую пропускаемость в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах. Это означает, что их можно использовать в широком спектре применений: от лазеров до инфракрасной и ультрафиолетовой оптики. В частности, их оптические свойства в ультрафиолетовом диапазоне выдающиеся. Они известны как оптические кристаллы с полосами отсечки ультрафиолета, что означает, что они могут блокировать нежелательный ультрафиолетовый свет и пропускать только нужные длины волн.
Они имеют высокий коэффициент пропускания и низкую флуоресценцию, что делает их идеальными для ультрафиолетовых фотодетекторов, лазеров и ультрафиолетовых оптических устройств.
Однако между ними есть разница. MgF₂ является кристаллом с двойным лучепреломлением, а CaF₂ — нет. Это означает, что MgF₂ имеет разные показатели преломления для разных направлений света, что может быть полезно в определенных приложениях.
Фторид бария (BaF₂)
Фторид бария имеет впечатляющий оптический коэффициент пропускания почти 90% в спектральном диапазоне 200–9500 нм. Это делает его полезным в различных оптических системах.
Он обычно используется в линзах, светоделителях, фильтрах, призмах и окнах в криогенных системах визуализации, аэрокосмических оптических системах и лазерных оптических системах.
Следует отметить, что он обладает некоторой растворимостью в воде. Поэтому его лучше всего использовать в сухой среде, чтобы предотвратить повреждение от влаги.
Фторид лития (LiF)
Кристаллы фторида лития обладают уникальным свойством среди инфракрасных оптических материалов – у них самый низкий показатель преломления. Спектральный диапазон их пропускания составляет от 120 до 7000 нм.
Они часто используются в линзах, призмах и окнах в тепловизионных системах, аэрокосмических оптических системах и эксимерных лазерных оптических системах.
Однако они обладают хорошей растворимостью в воде и большим коэффициентом теплового расширения. Это означает, что они могут сильно расширяться или сжиматься при изменении температуры, поэтому их необходимо тщательно учитывать в приложениях, где изменения температуры значительны.
Арсенид галлия (GaAs)
Кристаллы арсенида галлия химически очень стабильны. Они обладают высокой твердостью и могут выдерживать суровые условия окружающей среды. Они имеют хороший коэффициент пропускания в спектральном диапазоне 2–14 мкм.
Это делает их широко используемыми в системах теплового инфракрасного изображения, мощных оптических системах CO₂-лазеров и перспективных инфракрасных системах.
В ситуациях, когда окружающая среда действительно суровая и оптические линзы или окна необходимо часто протирать, вместо селенида цинка часто используют арсенид галлия. Это надежная альтернатива, способная справиться с износом.
Монокристалл германия (Ge)
Монокристалл германия является химически инертным материалом. Он имеет спектральный диапазон пропускания от 2 до 12 мкм, что делает его распространенным выбором для инфракрасных оптических приложений.
Он имеет высокую твердость, хорошую теплопроводность и не растворяется в воде. Эти свойства делают его полезным в системах инфракрасного изображения и системах инфракрасных спектрометров.
Он имеет хорошие механические свойства и теплопроводность, что важно для обработки тепла, выделяемого лазерами. При длине волны 10,6 мкм он имеет очень малое поглощение, что делает его идеальным для изготовления линз, окон и выходных соединителей для CO₂-лазеров.
Он также используется в качестве основы для различных инфракрасных фильтров.
Монокристалл кремния (Si)
Монокристалл кремния также химически инертен и обладает высокой твердостью. Он не растворяется в воде. Он имеет хорошие характеристики светопропускания в диапазоне 1–7 мкм, а также в дальнем инфракрасном диапазоне 300–300 мкм, что является уникальной особенностью, которой нет в других инфракрасных оптических материалах.
Его часто используют в качестве подложки для средневолновых инфракрасных оптических окон и оптических фильтров в диапазоне 3–5 мкм.
Благодаря хорошей теплопроводности и низкой плотности он является популярным выбором для изготовления лазерных зеркал. Он выдерживает тепло, выделяемое лазерами, и имеет небольшой вес, что упрощает установку и использование.
В заключение, понимание свойств этих распространенных инфракрасных материалов может помочь нам выбрать правильный материал для различных применений. Будь то тепловидение, астрономия или военное использование, эти материалы играют решающую роль в обеспечении производительности и надежности инфракрасных систем.
Pусский
