Wat is Infrarooi Optika?

1) Inleiding tot Infrarooi Optika

Infrarooi Optika word gebruik om lig in die golflengtereeks tussen 760 en 14 000 nm te versamel, te fokus of te kollimeer. Hierdie gedeelte van IR-straling word verder in vier verskillende spektrale reekse verdeel:

Naby infrarooi reeks (NIR)	700 – 900 nm
Kortgolf Infrarooi reeks (SWIR)	900 – 2300 nm
Middelgolf Infrarooi reeks (MWIR)	3000 – 5000 nm
Langgolf Infrarooi reeks (LWIR)	8000 – 14000 nm

2) Kortgolf Infrarooi (SWIR)

SWIR-toepassings dek die reeks van 900 tot 2300 nm. Anders as MWIR- en LWIR-lig wat deur die voorwerp self uitgestraal word, lyk SWIR na sigbare lig in die sin dat fotone deur 'n voorwerp gereflekteer of geabsorbeer word, wat dus die nodige kontras vir hoë-resolusiebeelding verskaf. Natuurlike ligbronne soos omringende beginlig en agtergronduitstraling (ook bekend as naggloei) is sulke uitstralers van SWIR en lewer uitstekende beligting vir buitelugbeelding in die nag.

'n Aantal toepassings wat problematies of onmoontlik is om met sigbare lig uit te voer, is haalbaar met SWIR. Wanneer beeldvorming in SWIR gemaak word, is waterdamp, vuurrook, mis en sekere materiale soos silikon deursigtig. Boonop kan kleure wat byna identies in die sigbare voorkoms maklik onderskei word met SWIR.

SWIR-beelding word vir veelvuldige doeleindes gebruik, soos elektroniese bord- en sonselinspeksie, produkinspeksie, identifisering en sortering, toesig, teen-vervalsing, prosesgehaltebeheer en meer.

3) Midgolf-infrarooi (MWIR)

MWIR-stelsels werk in die 3 tot 5 mikron reeks. Wanneer daar tussen MWIR- en LWIR-stelsels besluit word, moet 'n mens verskeie faktore in ag neem. Eerstens moet die plaaslike atmosferiese bestanddele soos humiditeit en mis in ag geneem word. MWIR-stelsels word minder deur humiditeit beïnvloed as LWIR-stelsels, so hulle is beter vir toepassings soos kusbewaking, vaartuigverkeerstoesig of hawebeskerming.

MWIR het groter atmosferiese transmissie as LWIR in die meeste klimate. Daarom is MWIR oor die algemeen verkieslik vir baie langafstand-toesigtoepassings wat 10 km afstand van die voorwerp af oorskry.

Boonop is MWIR ook 'n beter opsie as jy hoë-temperatuur voorwerpe soos voertuie, vliegtuie of missiele wil opspoor. In die prent hieronder kan mens sien dat die warm uitlaatpluime aansienlik meer sigbaar is in die MWIR as in die LWIR.

4) Langgolf-infrarooi (LWIR)

LWIR-stelsels werk in die 8 tot 14 mikron reeks. Hulle word verkies vir toepassings met voorwerpe wat naby kamertemperatuur is. LWIR-kameras word minder deur die son geraak en dus beter vir buitelugbedryf. Dit is tipies onverkoelde stelsels wat Focal Plane Array-mikrobolometers gebruik, hoewel afgekoelde LWIR-kameras ook bestaan en hulle gebruik Mercury Cadmium Tellurium (MCT) detektors. Daarteenoor benodig die meerderheid MWIR-kameras verkoeling, wat óf vloeibare stikstof óf 'n Stirling-siklusverkoeler gebruik.

LWIR-stelsels vind 'n groot aantal toepassings soos inspeksie van geboue en infrastruktuur, defektopsporing, gasopsporing en meer. LWIR-kameras het 'n belangrike rol gespeel tydens die COVID-19-pandemie, aangesien dit vinnige en akkurate liggaamstemperatuurmeting moontlik maak.

5) IR Substrate Keurgids

IR-materiale het duidelike eienskappe wat hulle in staat stel om goed te presteer in die infrarooi spektrum. IR Gesmelte Silika, Germanium, Silikon, Sapphire, en Sink Sulfide/Selenide, het elk sterk punte vir infrarooi toepassings.

Sink Selenide (ZnSe)

Sinkselenied is 'n liggeel, soliede verbinding wat bestaan uit sink en selenium. Dit word geskep deur sintese van sinkdamp en H2Se-gas, wat as velle op 'n grafietsubstraat gevorm word. Dit is bekend vir sy lae absorpsietempo en wat uitstekende gebruike vir CO2-lasers moontlik maak.

Optimale oordragreeks	Ideale toepassings
0,6 - 16μm	CO2-lasers en termometrie en spektroskopie, lense, vensters en FLIR-stelsels

Germanium (Ge)

Germanium het 'n donkergrys rokerige voorkoms met 'n brekingsindeks van 4,024 met 'n lae optiese verspreiding. Dit het 'n aansienlike digtheid met 'n Knoop-hardheid (kg/mm2): 780.00 wat dit toelaat om goed te presteer vir veldoptika in rowwe toestande.

Optimale oordragreeks	Ideale toepassings
2 - 16μm	LWIR - MWIR Termiese beelding (wanneer AR bedek), robuuste optiese situasies

Silikon (S)

Silikon het blougrys voorkoms met 'n hoë termiese kapasiteit wat dit ideaal maak vir laserspieëls en silikonwafels vir die halfgeleierbedryf. Dit het 'n brekingsindeks van 3,42. Silikonkomponente word in elektroniese toestelle gebruik omdat die elektriese strome daarvan baie vinniger deur die silikongeleiers kan beweeg in vergelyking met ander geleiers, dit is minder dig as Ge of ZnSe. AR coating word aanbeveel vir die meeste toepassings.

Optimale oordragreeks	Ideale toepassings
1,2 - 8μm	MWIR, NIR beelding, IR spektroskopie, MWIR opsporing stelsels

Sinksulfied (ZnS)

Sinksulfied is 'n uitstekende keuse vir infrarooi sensors, dit stuur goed in die IR en sigbare spektrum. Dit is tipies 'n koste-effektiewe keuse bo ander IR-materiaal.

Optimale oordragreeks	Ideale toepassings
0,6 - 18μm	LWIR - MWIR, sigbare en middelgolf of langgolf infrarooi sensors

Jou keuse van substraat en anti-weerkaatsingsbedekking sal afhang van watter golflengte prima transmissie in jou toepassing vereis. As jy byvoorbeeld IR-lig in die MWIR-reeks uitstuur, kan germanium 'n goeie keuse wees. Vir NIR-toepassings kan saffier ideaal wees.

Ander spesifikasies wat jy dalk wil oorweeg in jou keuse van infrarooi optika sluit in termiese eienskappe en brekingsindeks. Die termiese eienskappe van 'n substraat kwantifiseer hoe dit op hitte reageer. Dikwels sal infrarooi optiese elemente aan wyd wisselende temperature blootgestel word. Sommige IR-toepassings produseer ook 'n groot hoeveelheid hitte. Om te bepaal of 'n IR-substraat geskik is vir jou toepassing, moet jy die indeksgradiënt en termiese uitsettingskoëffisiënt (CTE) nagaan. As 'n gegewe substraat 'n hoë indeksgradiënt het, kan dit suboptimale optiese werkverrigting hê wanneer dit in 'n termies vlugtige omgewing gebruik word. As dit 'n hoë CTE het, kan dit teen 'n hoë tempo uitbrei of saamtrek gegewe 'n groot verandering in temperatuur. Die materiale wat die meeste in infrarooi-optika gebruik word, verskil baie in brekingsindeks. Germanium het byvoorbeeld 'n brekingsindeks van 4,0003, vergeleke met 1,413 vir MgF. Die beskikbaarheid van substrate met hierdie wye reeks brekingsindeks gee bykomende buigsaamheid in stelselontwerp. Die verspreiding van 'n IR-materiaal meet die verandering in indeks van golflengte met betrekking tot golflengte sowel as die chromatiese aberrasie, of die skeiding van golflengte. Dispersie word omgekeerd gekwantifiseer met die Abbe-getal, wat gedefinieer word as verhouding van die brekingsindeks by die d-golflengte minus 1, oor die verskil tussen die brekingsindeks by die f- en c-lyne. As 'n substraat 'n Abbe-getal van groter as 55 het, is dit minder verspreid en noem ons dit 'n kroonmateriaal. Meer verspreide substrate met Abbe-getalle van laer as 55 word vuursteenmateriale genoem.

Infrarooi optiese toepassings

Infrarooi-optika het toepassings in baie velde, van hoëkrag CO2-lasers, wat teen 10,6 μm werk, tot nagvisie-termiese beeldkameras (MWIR- en LWIR-bande) en IR-beelding. Hulle is ook belangrik in spektroskopie, aangesien die oorgange wat gebruik word om baie spoorgasse te identifiseer, in die middel-infrarooi gebied is. Ons vervaardig laserlynoptika sowel as infrarooi komponente wat goed presteer oor 'n wye golflengtereeks, en ons ervare span kan volledige ontwerpondersteuning en konsultasie verskaf.

Paralight Optics gebruik 'n reeks gevorderde verwerkingstegnieke soos Single Point Diamond Turning en CNC polering om hoë-presisie optiese lense van Silicon, Germanium en Sinc Sulfide te produseer wat toepassings vind in MWIR en LWIR kameras. Ons is in staat om akkuraathede van minder as 0.5 rande PV en grofheid in die reeks van minder as 10 nm te bereik.