Fronir: Prodotti optoelettronici
Panoramica
Le lenti a infrarossi si riferiscono alle lenti utilizzate per riflettere, rifrangere, e trasmettere la luce a infrarossi. Utilizza proprietà fisiche uniche per realizzare il controllo della luce a infrarossi, Quindi è di grande significato nel campo dell'ottica a infrarossi. A causa del problema della trasmittanza, Ci sono solo pochi materiali disponibili per l'uso nella gamma di lunghezze d'onda a infrarossi, come Si, Ge, Znse, Zns, e MGF2.
Generalmente, La durezza knoop del vetro leggero visibile è tra 300-700. Più è difficile il materiale, Più a lungo ci vuole per macinare e lucidare la lente ottica. Tra i materiali di vetro comunemente usati nel campo dell'imaging termico a infrarossi, La durezza di GE è 780 , mentre la durezza di SI ha raggiunto 1150. Rispetto alla luce visibile, La durezza della lente ottica a infrarossi imaging termico è molto più elevata, Quindi la difficoltà del suo processo di macinazione e delle ore di lavoro sono molto più grandi di quella della luce visibile. Sebbene sia GE che SI sono materiali duri, ma anche molto fragile. Questo li rende soggetti a rotture durante i processi di produzione e lavorazione, portando a una riduzione della resa. Perciò, Requisiti rigorosi sono posti sulle tecniche di elaborazione; Inoltre, Il costo per grammo di questi materiali è relativamente alto, Rendere significativi i rischi di elaborazione.
Proprietà
1.difficile
2.fragile
3.Il materiale ha un costo elevato
Il test di durezza del knoop è particolarmente adatto per testare materiali che sono duri e fragili. Può anche essere usato per determinare la profondità effettiva degli strati di indurimento superficiale. È applicabile per testare la durezza di piccole parti, piccole aree, Materiali sottili, fili raffinati, durezza vicino ai bordi della lama, strati di placcatura, e materiali dentali.
Materiale comune
Materiale GE
GE è un materiale estremamente importante per le lenti ottiche a infrarossi, Ma a causa della sua scarsità sulla terra e un prezzo elevato, Molte aziende adottano gradualmente altri materiali ottici a basso costo su larga scala. Con lo sviluppo dell'industria a infrarossi, La domanda di materiali ottici a infrarossi si sta espandendo, e la ricerca e lo sviluppo e la produzione di materiali ottici a infrarossi sono diventati fattori chiave di preoccupazione per molte aziende specializzate.
Il simbolo chimico del germanio: Ge, è una metalloide bianca grigiastra, lucido, difficile, appartenente alla famiglia del carbonio, e ha ovvie proprietà non metalliche. GE ha proprietà chimiche stabili e non reagisce con l'aria o il vapore acqueo a temperatura ambiente.
GE Glass ha buone prestazioni di trasmissione della luce al 2-16um. Depositando rivestimenti ottici su GE Glass, La sua trasmittanza può essere significativamente aumentata riducendo la riflettività sulla superficie del vetro. Tuttavia, GE Glass non può trasmettere la luce nella gamma di lunghezze d'onda della luce visibile.
GE ha un contenuto approssimativamente 0.0007% Nella crosta terrestre, rendendolo uno degli elementi più dispersi nella crosta. Ci sono pochi minerali di germanio concentrati. Una quantità significativa di GE esiste in vari minerali di silicato di metallo, minerali solfuri, e diversi tipi di carbone in forma dispersa; Alcuni rame, ferro, anche minerali solfuri e minerali d'argento contengono GE; Trace quantità di GE si trovano nelle rocce, terreni, e acqua di sorgente; quantità limitate di GE sono presenti in molte piante. GE è ampiamente utilizzato nei campi dell'elettronica, ottica, Industria chimica, biomedicina, energia, e altre industrie ad alta tecnologia.
Come materiale a infrarossi, GE può essere utilizzato nelle gamme LWIR e MWIR. Nella gamma LWIR, è la lente positiva nella lente del doppietto acromatico; mentre si trova nel mwir, è la lente negativa nella lente del doppietto acromatico. Ciò è dovuto alla differenza nelle sue caratteristiche di dispersione nelle due gamme di lunghezza d'onda. Nella gamma MWIR, GE è molto vicino alla sua banda a basso assorbimento, con conseguenti rapidi cambiamenti nel suo indice di rifrazione e dispersione significativa. Questo lo rende adatto come elemento di potenza negativo in una lente a doppietto acromatico.
GE è un materiale cristallino che può essere prodotto sotto forma di singoli cristalli o policristalli. A seconda del processo di crescita, Il cristallo singolo è più costoso del GE policristallino. L'indice di rifrazione di GE policristallino non è abbastanza uniforme, principalmente a causa di impurità ai confini del grano, che può influire sulla qualità dell'immagine sull'FPA. Perciò, È preferito un singolo cristallo GE. Ad alte temperature, Il materiale GE diventa assorbente, e il suo rapporto di trasmissione si avvicina a zero a 200 ° C.
GE ha un'elevata durezza del knoop ed è spesso utilizzato nei sistemi a infrarossi che richiedono alta intensità. A causa del suo alto indice di rifrazione, I rivestimenti anti-riflessione vengono spesso applicati a GE, con intervalli di lunghezza d'onda comunemente usati di 3-12 μm o 8-12 µm. La trasmittanza di GE diminuisce con l'aumentare della temperatura, e rigorosamente parlando, La sua temperatura operativa ottimale è inferiore 100 gradi Celsius. Quando viene applicato a un sistema sensibile ai requisiti di peso, I progettisti dovrebbero considerare le caratteristiche ad alta densità di GE. Il rapporto tra dimensione dell'obiettivo e spessore dovrebbe aderire alle proporzioni di elaborazione, Mentre il peso dovrebbe soddisfare i requisiti di progettazione.
Il coefficiente di temperatura dell'indice di rifrazione (dn/dt) viene utilizzato per misurare la variazione dell'indice di rifrazione con la temperatura. Per la maggior parte dei materiali a infrarossi, Il dn/dt è diversi ordini di grandezza superiore a quello del vetro leggero visibile, con conseguente variazione significativa dell'indice di rifrazione. La densità di una sostanza è quasi sempre inversamente proporzionale alla temperatura, significa che la densità diminuisce all'aumentare della temperatura. Perciò, L'indice di rifrazione diminuisce con l'aumentare della temperatura.
Il dn/dt di GE è 0,000369c, mentre il dn/dt del vetro ordinario è 0,000360c. Ciò può causare uno spostamento focale significativo con variazioni di temperatura, spesso richiede una qualche forma di tecnica di atermalizzazione.
Materiale
Si è un materiale cristallino simile a GE. SI a cristallo singolo è un materiale chimicamente inerte con alta durezza e insolubilità in acqua.
Ha buone prestazioni di trasmissione della luce sia nell'intervallo di lunghezza d'onda di 1,2-7 μm sia nell'intervallo di lunghezza d'onda dell'arco di 30-300 μm, che è una caratteristica unica non trovata in altri materiali a infrarossi.
SI single-cristallo è comunemente usato come substrato per finestre ottiche a infrarossi a infrarossi a onda media e filtri ottici. A causa della sua buona conduttività termica e bassa densità, È spesso usato nella produzione di specchi laser e occasioni sensibili al volume e al peso.
L'indice di rifrazione di SI è leggermente inferiore a quello di GE, Ma è ancora sufficientemente elevato per il controllo delle aberrazioni. Inoltre, Si ha una dispersione relativamente bassa. Si può essere girato diamante.
Uno degli svantaggi del silicio e di alcuni altri materiali cristallini è che sono fragili e fragili.
Zns
Zns è un materiale chimicamente inerte con le caratteristiche dell'alta purezza, insolubile in acqua, densità moderata, e facile elaborazione. È un materiale comunemente usato nelle bande MWIR e LWIR.
Zns è un materiale con buona uniformità e coerenza indice di rifrazione, e ha buone prestazioni di trasmissione dell'immagine in 8-12 banda μm, Ma inizia ad assorbire parzialmente dopo 10 µm. Il materiale ha anche un'alta trasmissione nel medio infrarosso, Ma l'assorbimento e lo scattering aumentano man mano che le lunghezze d'onda diventano più brevi. Rispetto a ZnSE, Zns ha un'alta durezza, Due volte la forza di frattura di Znse, e forte resistenza agli ambienti difficili.
Zns è generalmente giallo ruggine e traslucido in luce visibile. Gli Zn realizzati dalla pressione a caldo possono essere trasparenti alla luce visibile. Gli ZN trasparenti possono essere utilizzati per fabbricare finestre e lenti multispettrali dalle bande visibili a LWIR.
Zns è un materiale trasparente a infrarossi trasparente. Ha una trasmissione stabile nella banda a infrarossi e ha eccellenti proprietà ottiche, ed è uno dei materiali principali per creare finestre a infrarossi. Nel processo di produzione a infrarossi, Gli Zn possono essere utilizzati dalle tecniche di deposizione del film sottile per aumentare il suo effetto di riflessione a infrarossi. I materiali Zns sono ampiamente utilizzati nella produzione di sensori a infrarossi, lenti ottiche, Immagini termici, Carementi e componenti ottici a infrarossi.
Znse
ZnSE è simile a Zns per molti aspetti. Il suo indice di rifrazione è leggermente superiore a quello di Zns, e la sua struttura non è forte come Zns. Perciò, Un sottile strato di Zns viene talvolta depositato su uno spesso substrato ZnSE per motivi di durata ambientale. Rispetto a Zns, Il vantaggio più significativo di ZnSE è il suo coefficiente di assorbimento estremamente piccolo.
ZnSE è un materiale per film riflettenti a infrarossi comunemente usati, e la sua gamma di lunghezze d'onda di riflesso è 2-14 µm. Ha i vantaggi di alta trasmittanza, semplice processo di preparazione, Buona resistenza alla corrosione e resistenza all'usura. Il film ZnSE può anche essere utilizzato con altri tipi di materiali a infrarossi per aumentare l'effetto della riflessione a infrarossi. Le lenti Znse sono utilizzate in sensori a infrarossi, Immagini termici, e vari sistemi di controllo a infrarossi.
Perché ZnSE ha un coefficiente di assorbimento basso e un elevato coefficiente di espansione termica, Di solito viene usato come materiale di base dei riflettori e degli splitter di raggio. Tuttavia, Poiché ZnSE è relativamente morbido (Durezza knoop di 120) e facile da grattare, non si consiglia di essere utilizzato in ambienti difficili. Presta attenzione alla forza uniforme quando si tiene e pulizia, ed è meglio indossare lettine o guanti.
Fluoruro
MGF2
MGF2 è anche un materiale cristallino. Il suo materiale cristallino trasmette la banda spettrale da UV a MWIR. MGF2 può essere prodotto dalla crescita cristallina o “Pressatura calda”, risultante in un materiale vetroso lattiginoso. Trasmette bene nella banda MWIR, Ma potrebbe esserci una dispersione indesiderata, causando perdita di contrasto e luce vagante fuori asse.
Cuf2
CUF2 è un materiale di assorbimento a infrarossi comune. Può assorbire la banda a infrarossi di 2-14μm, e può ridurre la trasmissione nella regione dello spettro visibile contemporaneamente. Perciò, I filtri a infrarossi realizzati in CUF2 possono essere utilizzati nei sistemi di imaging antiriflesso e termico per filtrare la luce visibile e l'interferenza a infrarossi per ottenere risultati di rilevamento a infrarossi migliori. I materiali CUF2 possono anche essere utilizzati in lenti ottiche e finestre a infrarossi e altri campi.
CAF2
CAF2 ha un'alta trasmittanza tra ultravioletto e medio infrarosso (250nm ~ 7μm), Quindi è ampiamente utilizzato nella produzione di prismi, Windows e lenti, eccetera. In alcune applicazioni con un ampio intervallo spettrale, Può essere usato direttamente senza rivestimento. In particolare, Ha un basso assorbimento e una soglia laser elevata, che è molto adatto per il sistema ottico laser ad eccimeri.
BAF2
La gamma di trasmittanza della luce del cristallo BAF2 è larga, e la trasmittanza della luce è buona nell'intervallo di lunghezza d'onda di 0,13μm ~ 14μm. Le proprietà del singolo cristallo e del policristallino sono sostanzialmente le stesse, e il materiale è difficile da produrre un singolo cristallo, Quindi il prezzo del singolo cristallo è il doppio di quello del policristallino. Il cristallo BAF2 è un materiale ideale per realizzare componenti ottici come varie finestre ottiche, prismi e lenti. Può essere utilizzato nelle finestre dell'armadio di distribuzione a infrarossi, Finestre di analisi del gas di Fourier, rilevamento di petrolio e gas, Laser ad alta potenza, Strumenti ottici, eccetera.
Zaffiro
La composizione dello zaffiro è l'ossido di alluminio, che è blu a causa della traccia di titanio (Ti4 +) o ferro (Fe2+). Infatti, Il corindone di livello gemma in natura è chiamato zaffiro tranne quello rosso chiamato Ruby, e altri colori come il blu, Azzurro, verde, giallo, grigio, incolore, eccetera.
Sapphire è un materiale estremamente duro. Trasmette la luce da UV profondo a mwir. Una proprietà unica di Sapphire è la sua emissività termica molto bassa ad alte temperature. Ciò significa che ad alte temperature il materiale emette meno radiazioni termiche rispetto ad altri materiali. Lo zaffiro può essere utilizzato per creare finestre di cavità che resistono a temperature elevate e sono adatte per il passaggio delle finestre nella banda a infrarossi.
Il principale svantaggio dello zaffiro è che la sua durezza rende difficile l'elaborazione ottica. Un altro materiale simile è chiamato spinello. Lo spinello è simile in vigore allo zaffiro a caldo e può essere usato al posto dello zaffiro. La pietra di spinello ha anche un'alta dispersione.
I campi di applicazione dello zaffiro coinvolgono principalmente materiali del substrato a LED, Elettronica di consumo e applicazioni militari. È un materiale importante per sostenere lo sviluppo del risparmio energetico, Protezione ambientale, Tecnologia dell'informazione di nuova generazione, nuovi veicoli energetici e altri settori.