1) Uvod u infracrvenu optiku
Infracrvena optika se koristi za prikupljanje, fokusiranje ili kolimiranje svjetlosti u rasponu talasnih dužina između 760 i 14.000 nm. Ovaj dio IR zračenja dalje je podijeljen u četiri različita spektralna raspona:
| Bliski infracrveni opseg (NIR) | 700 – 900 nm |
| Kratkotalasni infracrveni opseg (SWIR) | 900 – 2300 nm |
| Srednji talasni infracrveni opseg (MWIR) | 3000 – 5000 nm |
| Dugotalasni infracrveni opseg (LWIR) | 8000 – 14000 nm |
2) Kratkotalasni infracrveni (SWIR)
SWIR aplikacije pokrivaju raspon od 900 do 2300 nm. Za razliku od MWIR i LWIR svjetlosti koja se emituje iz samog objekta, SWIR podsjeća na vidljivu svjetlost u smislu da se fotoni odbijaju ili apsorbuju od objekta, čime se obezbjeđuje neophodan kontrast za snimanje slike visoke rezolucije. Prirodni izvori svjetlosti kao što su ambijentalno početno svjetlo i pozadinsko zračenje (poznato i kao noćni sjaj) takvi su emiteri SWIR-a i pružaju odlično osvjetljenje za snimanje na otvorenom noću.
Brojne aplikacije koje je problematično ili nemoguće izvesti pomoću vidljive svjetlosti izvodljive su korištenjem SWIR-a. Prilikom snimanja u SWIR-u, vodena para, dim vatre, magla i određeni materijali kao što je silicijum su providni. Osim toga, boje koje se pojavljuju gotovo identične u vidljivom dijelu mogu se lako razlikovati korištenjem SWIR-a.
SWIR snimanje se koristi u više namjena kao što su inspekcija elektroničkih ploča i solarnih ćelija, inspekcija proizvoda, identifikacija i sortiranje, nadzor, zaštita od krivotvorina, kontrola kvaliteta procesa i još mnogo toga.
3) Srednjotalasni infracrveni (MWIR)
MWIR sistemi rade u opsegu od 3 do 5 mikrona. Prilikom odlučivanja između MWIR i LWIR sistema, potrebno je uzeti u obzir nekoliko faktora. Prvo, potrebno je uzeti u obzir lokalne atmosferske sastojke poput vlage i magle. MWIR sistemi su manje pod uticajem vlage nego LWIR sistemi, tako da su superiorni za aplikacije kao što su nadzor obale, nadzor saobraćaja plovila ili zaštita luke.
MWIR ima veći atmosferski prijenos od LWIR u većini klimatskih područja. Stoga je MWIR općenito poželjniji za primjene nadzora vrlo velikog dometa koje prelaze 10 km udaljenosti od objekta.
Štaviše, MWIR je također bolja opcija ako želite da otkrijete objekte visoke temperature kao što su vozila, avioni ili projektili. Na slici ispod se može vidjeti da su vreli izduvni pramenovi znatno vidljiviji u MWIR nego u LWIR.
4) Dugotalasni infracrveni (LWIR)
LWIR sistemi rade u rasponu od 8 do 14 mikrona. Poželjni su za aplikacije sa objektima blizu sobne temperature. LWIR kamere su manje izložene suncu i stoga su bolje za rad na otvorenom. Oni su tipično nehlađeni sistemi koji koriste mikrobolometre sa žarišnom ravninom, iako postoje i hlađene LWIR kamere i koriste detektore Merkur kadmijum Telur (MCT). Nasuprot tome, većina MWIR kamera zahteva hlađenje, koristeći ili tečni azot ili hladnjak sa Stirlingovim ciklusom.
LWIR sistemi nalaze širok broj aplikacija kao što su inspekcija zgrada i infrastrukture, detekcija kvarova, detekcija gasa i još mnogo toga. LWIR kamere su odigrale važnu ulogu tokom pandemije COVID-19 jer omogućavaju brzo i precizno mjerenje tjelesne temperature.
5) Vodič za odabir IR supstrata
IR materijali imaju različita svojstva koja im omogućavaju da se dobro ponašaju u infracrvenom spektru. IR fuzionisani silicijum, germanijum, silicijum, safir i cink sulfid/selenid, svaki ima prednosti za infracrvene aplikacije.
cink selenid (ZnSe)
Cink selenid je svijetložuto, čvrsto jedinjenje koje se sastoji od cinka i selena. Nastaje sintezom cinkove pare i gasa H2 Se, formirajući se kao listovi na grafitnoj podlozi. Poznat je po niskoj stopi apsorpcije i što omogućava odličnu upotrebu CO2 lasera.
| Optimalni domet prijenosa | Idealne aplikacije |
| 0,6 - 16 μm | CO2 laseri i termometrija i spektroskopija, sočiva, prozori i FLIR sistemi |
germanij (Ge)
Germanijum ima tamno sivi dimni izgled sa indeksom prelamanja od 4,024 sa niskom optičkom disperzijom. Ima značajnu gustinu sa tvrdoćom po Knoopu (kg/mm2): 780,00 što mu omogućava da se dobro ponaša za terensku optiku u teškim uslovima.
| Optimalni domet prijenosa | Idealne aplikacije |
| 2 - 16μm | LWIR - MWIR Termička slika (kada je premazana AR), teške optičke situacije |
silicijum (S)
Silicijum ima plavo-sivi izgled sa visokim termičkim kapacitetom što ga čini idealnim za laserska ogledala i silikonske pločice za industriju poluprovodnika. Ima indeks prelamanja od 3,42. Silicijumske komponente se koriste u elektronskim uređajima jer njegove električne struje mogu proći kroz silicijumske provodnike mnogo brže u odnosu na druge provodnike, manje je gustoće od Ge ili ZnSe. AR premaz se preporučuje za većinu primjena.
| Optimalni domet prijenosa | Idealne aplikacije |
| 1,2 - 8μm | MWIR, NIR slikanje, IR spektroskopija, MWIR detekcioni sistemi |
cink sulfid (ZnS)
Cink sulfid je odličan izbor za infracrvene senzore, dobro prenosi u IC i vidljivom spektru. Obično je isplativ izbor u odnosu na druge IR materijale.
| Optimalni domet prijenosa | Idealne aplikacije |
| 0,6 - 18 μm | LWIR - MWIR, vidljivi i srednjetalasni ili dugotalasni infracrveni senzori |
Vaš izbor podloge i antirefleksnog premaza zavisiće od toga koja talasna dužina zahteva osnovnu propusnost u vašoj primeni. Na primjer, ako emitujete IR svjetlo u MWIR opsegu, germanij bi mogao biti dobar izbor. Za NIR aplikacije, safir bi mogao biti idealan.
Ostale specifikacije koje biste mogli uzeti u obzir pri izboru infracrvene optike uključuju toplinska svojstva i indeks prelamanja. Termička svojstva podloge kvantifikuju kako ona reagira na toplinu. Često će infracrveni optički elementi biti izloženi veoma različitim temperaturama. Neke IR aplikacije također proizvode veliku količinu topline. Da biste utvrdili da li je IR supstrat prikladan za vašu primjenu, trebat ćete provjeriti indeksni gradijent i koeficijent toplinske ekspanzije (CTE). Ako dati supstrat ima gradijent visokog indeksa, može imati suboptimalne optičke performanse kada se koristi u termički nestabilnom okruženju. Ako ima visok CTE, može se širiti ili skupljati velikom brzinom s obzirom na veliku promjenu temperature. Materijali koji se najčešće koriste u infracrvenoj optici uvelike variraju u indeksu prelamanja. Germanijum, na primer, ima indeks prelamanja od 4,0003, u poređenju sa 1,413 za MgF. Dostupnost supstrata sa ovim širokim rasponom indeksa prelamanja daje dodatnu fleksibilnost u dizajnu sistema. Disperzija IR materijala mjeri promjenu indeksa talasne dužine u odnosu na talasnu dužinu, kao i hromatsku aberaciju, odnosno razdvajanje talasne dužine. Disperzija se kvantificira, obrnuto, sa Abbeovim brojem, koji je definiran kao omjer indeksa prelamanja na d talasnoj dužini minus 1, u odnosu na razliku između indeksa prelamanja na f i c linijama. Ako supstrat ima Abbeov broj veći od 55, on je manje disperzivan i nazivamo ga krunskim materijalom. Disperzivniji supstrati sa Abbeovim brojem manjim od 55 nazivaju se kremeni materijali.
Aplikacije za infracrvenu optiku
Infracrvena optika ima primjenu u mnogim poljima, od CO2 lasera velike snage, koji rade na 10,6 μm, do noćnih termovizijskih kamera (MWIR i LWIR opsezi) i IC snimanja. Oni su takođe važni u spektroskopiji, jer su prelazi koji se koriste u identifikaciji mnogih gasova u tragovima u srednjem infracrvenom području. Proizvodimo lasersku linijsku optiku kao i infracrvene komponente koje imaju dobre performanse u širokom rasponu valnih dužina, a naš iskusni tim može pružiti potpunu podršku u dizajnu i konsultacije.
Paralight Optics koristi niz naprednih tehnika obrade kao što su jednostruko dijamantsko struganje i CNC poliranje za proizvodnju visoko preciznih optičkih sočiva od silicija, germanija i cink sulfida koja nalaze primjenu u MWIR i LWIR kamerama. U mogućnosti smo da postignemo tačnost manju od 0,5 PV ivica i hrapavost u opsegu manjem od 10 nm.
Za detaljnije specifikacije, pogledajte našekataloška optikaili ili slobodno nas kontaktirajte za više informacija.
Vrijeme objave: Apr-25-2023
