Fronir: Produtos optoeletrônicos
Visão geral
Lentes infravermelhas referem-se a lentes usadas para refletir, refratar, e transmitir luz infravermelha. Ele usa propriedades físicas únicas para realizar o controle da luz infravermelha, por isso é de grande importância no campo da óptica infravermelha. Devido à questão da transmitância, existem apenas alguns materiais disponíveis para uso na faixa de comprimento de onda infravermelho, como Si, Ge, ZnSe, ZnS, e MgF2.
Geralmente, a dureza Knoop do vidro de luz visível está entre 300-700. Quanto mais duro for o material, mais tempo leva para lixar e polir a lente óptica. Entre os materiais de vidro comumente utilizados no campo da imagem térmica infravermelha, a dureza de Ge é 780 , enquanto a dureza do Si atingiu 1150. Comparado com a luz visível, a dureza da lente óptica de imagem térmica infravermelha é muito maior, então a dificuldade do seu processo de moagem e horas de trabalho são muito maiores do que a da luz visível. Embora Ge e Si sejam materiais duros, mas também muito frágil. Isso os torna propensos a quebras durante os processos de produção e processamento, levando a uma diminuição no rendimento. Portanto, requisitos rigorosos são impostos às técnicas de processamento; além disso, o custo por grama desses materiais é relativamente alto, tornando os riscos de processamento significativos.
Propriedade
1.duro
2.frágil
3.o material tem um custo alto
O teste de dureza Knoop é particularmente adequado para testar materiais duros e quebradiços. Também pode ser usado para determinar a profundidade efetiva das camadas de endurecimento superficial. É aplicável para testar a dureza de peças pequenas, pequenas áreas, materiais finos, fios finos, dureza perto das bordas da lâmina, camadas de revestimento, e materiais odontológicos.
material comum
Material ge
Ge é um material extremamente importante para lentes ópticas infravermelhas, mas por causa de sua escassez na terra e do alto preço, muitas empresas adotam gradualmente outros materiais ópticos infravermelhos de baixo custo em larga escala. Com o desenvolvimento da indústria infravermelha, a demanda por materiais ópticos infravermelhos está se expandindo, e a pesquisa, desenvolvimento e produção de materiais ópticos infravermelhos tornaram-se fatores-chave de preocupação para muitas empresas especializadas.
O símbolo químico do germânio: Ge, é um metalóide branco acinzentado, brilhante, duro, pertencente à família do carbono, e tem propriedades não metálicas óbvias. Ge tem propriedades químicas estáveis e não reage com o ar ou vapor de água à temperatura ambiente.
O vidro Ge tem bom desempenho de transmissão de luz em 2-16um. Ao depositar revestimentos ópticos em vidro Ge, sua transmitância pode ser significativamente aumentada enquanto reduz a refletividade na superfície do vidro. No entanto, O vidro Ge não pode transmitir luz na faixa de comprimento de onda da luz visível.
Ge tem um conteúdo de aproximadamente 0.0007% na crosta terrestre, tornando-o um dos elementos mais dispersos na crosta. Existem poucos minérios de germânio concentrados. Uma quantidade significativa de Ge existe em vários minérios de silicato metálico, minérios de sulfeto, e diferentes tipos de carvão em forma dispersa; certo cobre, ferro, minérios de sulfeto e minérios de prata também contêm Ge; Vestígios de Ge podem ser encontrados em rochas, solos, e água de nascente; quantidades limitadas de Ge estão presentes em muitas plantas. Ge é amplamente utilizado nas áreas de eletrônica, óptica, indústria química, biomedicina, energia, e outras indústrias de alta tecnologia.
Como um material infravermelho, Ge pode ser usado nas faixas LWIR e MWIR. Na faixa LWIR, é a lente positiva na lente dupla acromática; enquanto no MWIR, é a lente negativa na lente dupla acromática. Isto se deve à diferença em suas características de dispersão nas duas faixas de comprimento de onda. Na faixa MWIR, Ge está muito próximo de sua banda de baixa absorção, resultando em mudanças rápidas em seu índice de refração e dispersão significativa. Isso o torna adequado como elemento de potência negativo em lentes duplas acromáticas..
Ge é um material cristalino que pode ser produzido na forma de monocristais ou policristais. Dependendo do processo de crescimento, Ge monocristalino é mais caro que Ge policristalino. O índice de refração do Ge policristalino não é uniforme o suficiente, principalmente devido a impurezas nos limites dos grãos, o que pode afetar a qualidade da imagem no FPA. Portanto, cristal único Ge é preferido. Em altas temperaturas, O material Ge torna-se absorvente, e sua taxa de transmissão se aproxima de zero a 200°C.
Ge tem alta dureza Knoop e é frequentemente usado em sistemas infravermelhos que exigem alta intensidade. Devido ao seu alto índice de refração, revestimentos anti-reflexo são frequentemente aplicados em Ge, com faixas de comprimento de onda comumente usadas de 3-12 μm ou 8-12 μm. A transmitância de Ge diminui com o aumento da temperatura, e estritamente falando, sua temperatura operacional ideal está abaixo 100 graus Celsius. Quando aplicado a um sistema sensível aos requisitos de peso, os projetistas devem considerar as características de alta densidade do Ge. A proporção entre o tamanho da lente e a espessura deve aderir às proporções de processamento, enquanto o peso deve atender aos requisitos de projeto.
O coeficiente de temperatura do índice de refração (dn/dT) é usado para medir a mudança no índice de refração com a temperatura. Para a maioria dos materiais infravermelhos, o dn/dT é várias ordens de grandeza superior ao do vidro de luz visível, resultando em uma mudança significativa no índice de refração. A densidade de uma substância é quase sempre inversamente proporcional à temperatura, o que significa que a densidade diminui à medida que a temperatura aumenta. Portanto, o índice de refração diminui com o aumento da temperatura.
O dn/dT de Ge é 0,000369C, enquanto o dn/dT do vidro comum é 0,000360C. Isso pode causar mudança focal significativa com variações de temperatura, muitas vezes exigindo alguma forma de técnica de termalização.
Material
Si é um material cristalino semelhante ao Ge. O Si monocristalino é um material quimicamente inerte com alta dureza e insolubilidade em água.
Possui bom desempenho de transmissão de luz tanto na faixa de comprimento de onda de 1,2-7μm quanto na faixa de comprimento de onda do infravermelho distante de 30-300μm, que é uma característica única não encontrada em outros materiais infravermelhos.
O cristal único de Si é comumente usado como substrato para janelas ópticas infravermelhas de onda média de 3-5μm e filtros ópticos. Devido à sua boa condutividade térmica e baixa densidade, é frequentemente usado na produção de espelhos a laser e ocasiões sensíveis ao volume e peso.
O índice de refração do Si é ligeiramente inferior ao do Ge, mas ainda é suficientemente alto para controlar aberrações. Adicionalmente, Si tem dispersão relativamente baixa. Si pode ser transformado em diamante.
Uma das desvantagens do silício e de alguns outros materiais cristalinos é que eles são frágeis e frágeis..
ZnS
ZnS é um material quimicamente inerte com características de alta pureza, insolúvel em água, densidade moderada, e fácil processamento. É um material comumente usado nas bandas MWIR e LWIR.
ZnS é um material com boa uniformidade e consistência de índice de refração, e tem bom desempenho de transmissão de imagem no 8-12 banda μm, mas começa a absorver parcialmente depois 10 μm. O material também possui alta transmitância no infravermelho médio, mas a absorção e a dispersão aumentam à medida que os comprimentos de onda se tornam mais curtos. Comparado com ZnSe, ZnS tem alta dureza, duas vezes a resistência à fratura do ZnSe, e forte resistência a ambientes agressivos.
ZnS é geralmente amarelo-ferrugem e translúcido à luz visível. ZnS feito por prensagem a quente pode ser transparente à luz visível. ZnS transparente pode ser usado para fabricar janelas e lentes multiespectrais desde bandas visíveis até LWIR.
ZnS é um material transparente infravermelho transparente. Possui transmitância estável na banda infravermelha e possui excelentes propriedades ópticas, e é um dos principais materiais para fazer janelas infravermelhas. No processo de fabricação infravermelho, ZnS pode ser usado por técnicas de deposição de filmes finos para aumentar seu efeito de reflexão infravermelha. Os materiais ZnS são amplamente utilizados na fabricação de sensores infravermelhos, lentes ópticas, termovisores, carenagens e componentes ópticos infravermelhos.
ZnSe
ZnSe é semelhante ao ZnS em muitos aspectos. Seu índice de refração é ligeiramente superior ao do ZnS, e sua estrutura não é tão forte quanto o ZnS. Portanto, uma fina camada de ZnS às vezes é depositada em um substrato espesso de ZnSe por razões de durabilidade ambiental. Comparado com ZnS, a vantagem mais significativa do ZnSe é seu coeficiente de absorção extremamente pequeno.
ZnSe é um material de filme reflexivo infravermelho comumente usado, e sua faixa de comprimento de onda de reflexão é 2-14 μm. Tem as vantagens de alta transmitância, processo de preparação simples, boa resistência à corrosão e resistência ao desgaste. O filme ZnSe também pode ser usado com outros tipos de materiais de lentes infravermelhas para aumentar o efeito da reflexão infravermelha. Lentes ZnSe são usadas em sensores infravermelhos, termovisores, e vários sistemas de controle infravermelho.
Porque o ZnSe tem um baixo coeficiente de absorção e alto coeficiente de expansão térmica, geralmente é usado como material de base de refletores e divisores de feixe. No entanto, já que ZnSe é relativamente macio (Dureza Knoop de 120) e fácil de riscar, não é recomendado para uso em ambientes agressivos. Preste atenção à força uniforme ao segurar e limpar, e é melhor usar protetores de dedo ou luvas.
Fluoreto
MgF2
MgF2 também é um material cristalino. Seu material cristalino transmite a banda espectral de UV para MWIR. O MgF2 pode ser produzido por crescimento de cristais ou “prensagem a quente”, resultando em um material vítreo leitoso. Transmite bem na banda MWIR, mas pode haver dispersão indesejada, causando perda de contraste e luz difusa fora do eixo.
CuF2
CuF2 é um material comum de absorção de infravermelho. Pode absorver a banda infravermelha de 2-14μm, e pode reduzir a transmitância na região do espectro visível ao mesmo tempo. Portanto, filtros infravermelhos feitos de CuF2 podem ser usados em sistemas anti-reflexo e de imagem térmica para filtrar a luz visível e a interferência infravermelha para obter melhores resultados de detecção de infravermelho. Os materiais CuF2 também podem ser usados em lentes ópticas e janelas infravermelhas e outros campos.
CaF2
CaF2 tem uma alta transmitância entre ultravioleta e infravermelho médio (250nm~7μm), por isso é amplamente utilizado na fabricação de prismas, janelas e lentes, etc.. Em algumas aplicações com ampla faixa espectral, pode ser usado diretamente sem revestimento. Em particular, tem baixa absorção e alto limiar de laser, que é muito adequado para sistema óptico de laser excimer.
BaF2
A faixa de transmitância de luz do cristal BaF2 é ampla, e a transmitância da luz é boa na faixa de comprimento de onda de 0,13 μm ~ 14 μm. As propriedades do monocristalino e do policristalino são basicamente as mesmas, e o material é difícil de produzir cristal único, então o preço do cristal único é o dobro do policristalino. O cristal BaF2 é um material ideal para fazer componentes ópticos, como várias janelas ópticas, prismas e lentes. Pode ser usado em janelas de gabinetes de distribuição de energia infravermelha, Janelas de análise de gases de Fourier, detecção de petróleo e gás, lasers de alta potência, instrumentos ópticos, etc..
Safira
A composição da safira é óxido de alumínio, que é azul devido aos oligoelementos titânio (Ti4+) ou ferro (Fe2+). Na verdade, o corindo de qualidade gema na natureza é chamado de safira, exceto o vermelho chamado rubi, e outras cores como azul, azul claro, verde, amarelo, cinza, incolor, etc..
A safira é um material extremamente duro. Transmite luz de UV profundo para MWIR. Uma propriedade única da safira é a sua emissividade térmica muito baixa em altas temperaturas.. Isto significa que em altas temperaturas o material emite menos radiação térmica do que outros materiais. A safira pode ser usada para fazer janelas ocas que resistem a altas temperaturas e são adequadas para passar janelas na banda infravermelha.
A principal desvantagem da safira é que sua dureza dificulta o processamento óptico.. Outro material semelhante é chamado espinélio. O espinélio tem efeito semelhante à safira prensada a quente e pode ser usado no lugar da safira. A pedra espinélio também possui alta dispersão.
Os campos de aplicação da safira envolvem principalmente materiais de substrato de LED, eletrônicos de consumo e aplicações militares. É um material importante para apoiar o desenvolvimento da conservação de energia, proteção ambiental, tecnologia da informação de nova geração, novos veículos de energia e outras indústrias.