Fronir: Productos optoelectrónicos
Descripción general
Las lentes infrarrojas se refieren a lentes utilizadas para reflejar, refractar, y transmitir luz infrarroja. Utiliza propiedades físicas únicas para realizar el control de la luz infrarroja, Por lo tanto, es de gran importancia en el campo de la óptica infrarroja. Debido al tema de la transmitancia, Solo hay unos pocos materiales disponibles para su uso en el rango de longitud de onda infrarroja, como si, Ge, Znse, Zns, y MGF2.
Generalmente, La dureza de Knoop del vidrio claro visible está entre 300-700. Cuanto más duro es el material, cuanto más tiempo se tarda en moler y pulir la lente óptica. Entre los materiales de vidrio comúnmente utilizados en el campo de la imagen térmica infrarroja, La dureza de GE es 780 , mientras que la dureza de Si ha alcanzado 1150. En comparación con la luz visible, La dureza de la lente óptica de imágenes térmicas infrarrojas es mucho mayor, Por lo tanto, la dificultad de su proceso de molienda y las horas de trabajo son mucho más grandes que la de la luz visible. Aunque tanto GE como SI son materiales duros, pero también muy frágil. Esto los hace propensos a la rotura durante los procesos de producción y procesamiento., conduciendo a una disminución en el rendimiento. Por lo tanto, Se colocan requisitos estrictos en las técnicas de procesamiento; además, El costo por gramo de estos materiales es relativamente alto, Hacer que los riesgos de procesamiento sean significativos.
Propiedad
1.duro
2.frágil
3.El material tiene un alto costo
La prueba de dureza de Knoop es particularmente adecuada para probar materiales duros y frágiles. También se puede usar para determinar la profundidad efectiva de las capas de endurecimiento de la superficie. Es aplicable para probar la dureza de las piezas pequeñas, áreas pequeñas, materiales delgados, cables finos, Dureza cerca de los bordes de la cuchilla, capas de recubrimiento, y materiales dentales.
material común
Material GE
GE es un material extremadamente importante para las lentes ópticas infrarrojas, Pero por su escasez en la tierra y alto precio, Muchas empresas adoptan gradualmente otros materiales ópticos infrarrojos de bajo costo a gran escala. Con el desarrollo de la industria infrarroja, La demanda de materiales ópticos infrarrojos se está expandiendo, y la investigación y el desarrollo y la producción de materiales ópticos infrarrojos se han convertido en factores clave de preocupación para muchas empresas especializadas.
El símbolo químico de germanio: Ge, es un metaloides blancos grisáceos, brillante, duro, perteneciente a la familia de carbono, y tiene propiedades no metálicas obvias. GE tiene propiedades químicas estables y no reacciona con el vapor de aire o agua a temperatura ambiente.
GE Glass tiene un buen rendimiento de transmisión de luz en 2-16um. Depositando recubrimientos ópticos en vidrio GE, Su transmitancia puede aumentar significativamente al tiempo que reduce la reflectividad en la superficie del vidrio.. Sin embargo, El vidrio GE no puede transmitir luz en el rango de longitud de onda de luz visible.
GE tiene un contenido de aproximadamente 0.0007% en la corteza terrestre, convirtiéndolo en uno de los elementos más dispersos de la corteza. Hay pocos minerales de germanio concentrados. Existe una cantidad significativa de GE en varios minerales de silicato metálico, minerales de sulfuro, y diferentes tipos de carbón en forma dispersa; cierto cobre, hierro, Los minerales de sulfuro y los minerales de plata también contienen GE; Se pueden encontrar pequeñas cantidades de GE en rocas, suelos, y agua de manantial; Cantidades limitadas de GE están presentes en muchas plantas. GE se usa ampliamente en los campos de la electrónica, óptica, industria química, biomedicina, energía, y otras industrias de alta tecnología.
Como material infrarrojo, GE se puede usar en rangos LWIR y MWIR. En la gama LWIR, Es la lente positiva en la lente del doblete acromático; mientras que en el MWIR, Es la lente negativa en la lente del doblete acromático. Esto se debe a la diferencia en sus características de dispersión en los dos rangos de longitud de onda.. En la gama MWIR, GE está muy cerca de su banda de baja absorción, dando como resultado cambios rápidos en su índice de refracción y dispersión significativa. Esto lo hace adecuado como un elemento de potencia negativo en una lente de doblete acromático.
GE es un material cristalino que se puede producir en forma de cristales o policristales individuales. Dependiendo del proceso de crecimiento, Un solo cristal es más caro que la GE policristalina. El índice de refracción de GE policristalino no es lo suficientemente uniforme, Principalmente debido a impurezas en los límites de grano, que puede afectar la calidad de la imagen en el FPA. Por lo tanto, Se prefiere un solo cristal GE. A altas temperaturas, El material GE se vuelve absorbente, y su relación de transmisión se acerca a cero a 200 ° C.
GE tiene una dureza de Knoop alta y a menudo se usa en sistemas infrarrojos que requieren alta intensidad. Debido a su alto índice de refracción, Los recubrimientos antirreflección a menudo se aplican a GE, con rangos de longitud de onda de uso común de 3-12 μm o 8-12 µm. La transmitancia de GE disminuye al aumentar la temperatura, y estrictamente hablando, Su temperatura de funcionamiento óptima está por debajo 100 grados Celsius. Cuando se aplica a un sistema sensible a los requisitos de peso, Los diseñadores deben considerar las características de alta densidad de GE. La relación entre el tamaño de la lente y el grosor debe adherirse a las proporciones de procesamiento, mientras que el peso debe cumplir con los requisitos de diseño.
El coeficiente de temperatura del índice de refracción (DN/DT) se usa para medir el cambio en el índice de refracción con la temperatura. Para la mayoría de los materiales infrarrojos, El DN/DT es varios órdenes de magnitud más altos que los de vidrio claro visible, resultando en un cambio significativo en el índice de refracción. La densidad de una sustancia es casi siempre inversamente proporcional a la temperatura, lo que significa que la densidad disminuye a medida que aumenta la temperatura. Por lo tanto, El índice de refracción disminuye al aumentar la temperatura.
El DN/DT de GE es 0.000369c, mientras que el DN/DT de vidrio ordinario es de 0.000360c. Esto puede causar un cambio focal significativo con las variaciones de temperatura, a menudo requiere alguna forma de técnica de atermalización.
Material
Si es un material cristalino similar a GE. Si un solo cristal es un material químicamente inerte con alta dureza e insolubilidad en el agua.
Tiene un buen rendimiento de transmisión de luz tanto en el rango de longitud de onda de 1.2-7 μm como en el rango de longitud de onda de infrarrojo de 30-300 μm, que es una característica única que no se encuentra en otros materiales infrarrojos.
SI Un solo cristal se usa comúnmente como sustrato para ventanas ópticas infrarrojas de onda media de 3-5 °. Debido a su buena conductividad térmica y baja densidad, A menudo se usa en la producción de espejos y ocasiones láser que son sensibles al volumen y el peso.
El índice de refracción de Si es ligeramente más bajo que el de GE, Pero todavía es suficientemente alto para controlar las aberraciones. Además, Si tiene una dispersión relativamente baja. Si puede ser diamante girado.
Una de las desventajas del silicio y algunos otros materiales cristalinos es que son frágiles y frágiles..
Zns
ZNS es un material químicamente inerte con las características de la alta pureza, insoluble en agua, densidad moderada, y fácil procesamiento. Es un material comúnmente utilizado en las bandas MWIR y LWIR.
ZNS es un material con buena uniformidad y consistencia del índice de refracción, y tiene un buen rendimiento de transmisión de imagen en el 8-12 μm de banda, Pero comienza a absorber parcialmente después 10 µm. El material también tiene alta transmitancia en el infrarrojo medio, pero la absorción y la dispersión aumentan a medida que las longitudes de onda se acortan. En comparación con Znse, Zns tiene alta dureza, Dos veces la fuerza de fractura de Znse, y fuerte resistencia a ambientes duros.
Zns es generalmente amarillo óxido y translúcido a la luz visible. Zns realizados por prensado en caliente puede ser transparente a la luz visible. Los ZN transparentes se pueden usar para fabricar ventanas y lentes multiespectrales de las bandas visibles a LWIR.
ZNS es un material transparente infrarrojo transparente. Tiene transmitancia estable en la banda infrarroja y tiene excelentes propiedades ópticas, y es uno de los materiales principales para hacer ventanas infrarrojas. En el proceso de fabricación infrarroja, Los ZN se pueden usar mediante técnicas de deposición de películas delgadas para aumentar su efecto de reflexión infrarroja. Los materiales ZNS se utilizan ampliamente en la fabricación de sensores infrarrojos, lentes ópticos, imágenes térmicas, carenados y componentes ópticos infrarrojos.
Znse
Znse es similar a Zns en muchos aspectos. Su índice de refracción es ligeramente más alto que el de Zns, y su estructura no es tan fuerte como Zns. Por lo tanto, A veces se deposita una capa delgada de ZNS en un sustrato de Znse grueso por razones de durabilidad ambiental. En comparación con Zns, La ventaja más significativa de ZNSE es su coeficiente de absorción extremadamente pequeño..
Znse es un material de película reflectante infrarroja comúnmente utilizado, y su rango de longitud de onda de reflexión es 2-14 µm. Tiene las ventajas de alta transmitancia, proceso de preparación simple, buena resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste. La película ZNSE también se puede usar con otros tipos de materiales de lente infrarroja para aumentar el efecto de la reflexión infrarroja. Las lentes znse se usan en sensores infrarrojos, imágenes térmicas, y varios sistemas de control infrarrojos.
Porque ZNSE tiene un coeficiente de absorción bajo y un alto coeficiente de expansión térmica, Por lo general, se usa como material base de reflectores y divisores de haz. Sin embargo, Dado que Znse es relativamente suave (Knoop Dureza de 120) y fácil de rayar, no se recomienda utilizar en entornos duros.. Presta atención a la fuerza uniforme al sostener y limpiar, y es mejor usar cazas o guantes.
Fluoruro
Mgf2
MGF2 también es un material cristalino. Su material cristalino transmite la banda espectral de UV a MWIR. MGF2 puede ser producido por el crecimiento de cristales o “presionando en caliente”, resultando en un material lácteo vidrioso. Transmite bien en la banda MWIR, Pero puede haber una dispersión no deseada, causando pérdida de contraste y luz callejera fuera del eje.
CUF2
CUF2 es un material absorbente infrarrojo común. Puede absorber la banda infrarroja de 2-14 μm, y puede reducir la transmitancia en la región del espectro visible al mismo tiempo. Por lo tanto, Los filtros infrarrojos hechos de CUF2 se pueden usar en los sistemas de imágenes anti-Glare y térmicas para filtrar la luz visible e interferencia infrarroja para lograr mejores resultados de detección infrarrojos. Los materiales de CUF2 también se pueden usar en lentes ópticas y ventanas infrarrojas y otros campos.
CAF2
CAF2 tiene una alta transmitancia entre el ultravioleta y el infrarrojo medio (250nm ~ 7 μm), Entonces se usa ampliamente en la fabricación de prismas, ventanas y lentes, etc.. En algunas aplicaciones con un amplio rango espectral, se puede usar directamente sin recubrimiento. En particular, Tiene baja absorción y umbral de láser alto, que es muy adecuado para el sistema óptico Excimer láser.
Baf2
El rango de transmisión de luz de cristal BAF2 es amplio, y la transmitancia de la luz es buena en el rango de longitud de onda de 0.13 μm ~ 14 μm. Las propiedades del cristal único y el policristalino son básicamente las mismas, y el material es difícil de producir un solo cristal, Entonces, el precio de un solo cristal es el doble que el de Policrystalline. BAF2 Crystal es un material ideal para hacer componentes ópticos como varias ventanas ópticas, prismas y lentes. Se puede usar en ventanas del gabinete de distribución de energía infrarroja, Ventanas de análisis de gas de Fourier, detección de petróleo y gas, láser de alta potencia, instrumentos ópticos, etc..
Zafiro
La composición del zafiro es el óxido de aluminio, que es azul debido a los elementos traza titanio (Ti4 +) o hierro (Fe2+). De hecho, El corundón de grado gema en la naturaleza se llama zafiro, excepto el rojo llamado ruby, y otros colores como el azul, azul claro, verde, amarillo, gris, incoloro, etc..
El zafiro es un material extremadamente duro. Transmite la luz de UV profundo a MWIR. Una propiedad única de Sapphire es su muy baja emisividad térmica a altas temperaturas. Esto significa que a altas temperaturas el material emite menos radiación térmica que otros materiales. El zafiro se puede usar para hacer ventanas de cavidades que resisten altas temperaturas y son adecuadas para pasar ventanas en la banda infrarroja.
La principal desventaja del zafiro es que su dureza dificulta el procesamiento óptico. Otro material similar se llama espinela. La espinela es similar en efecto al zafiro prensado en caliente y se puede usar en lugar de zafiro. La piedra espinela también tiene alta dispersión.
Los campos de aplicación del zafiro involucran principalmente materiales de sustrato LED, Electrónica de consumo y aplicaciones militares. Es un material importante para apoyar el desarrollo de la conservación de la energía., protección ambiental, Tecnología de la información de nueva generación, nuevos vehículos de energía y otras industrias.