1) Introduktion til infrarød optik
Infrarød optik bruges til at opsamle, fokusere eller kollimere lys i bølgelængdeområdet mellem 760 og 14.000 nm. Denne del af IR-stråling er yderligere opdelt i fire forskellige spektralområder:
| Nær infrarød rækkevidde (NIR) | 700 – 900 nm |
| Kortbølget infrarødt område (SWIR) | 900 – 2300 nm |
| Mid-Wave infrarødt område (MWIR) | 3000 – 5000 nm |
| Langbølget infrarødt område (LWIR) | 8000 – 14000 nm |
2) Kortbølget infrarød (SWIR)
SWIR-applikationer dækker området fra 900 til 2300 nm. I modsætning til MWIR- og LWIR-lys, der udsendes fra selve objektet, ligner SWIR synligt lys i den forstand, at fotoner reflekteres eller absorberes af et objekt, hvilket giver den nødvendige kontrast til billeddannelse med høj opløsning. Naturlige lyskilder såsom omgivende startlys og baggrundsudstråling (alias nightglow) er sådanne udsender af SWIR og leverer fremragende belysning til udendørs billeddannelse om natten.
En række applikationer, der er problematiske eller umulige at udføre ved brug af synligt lys, er mulige ved hjælp af SWIR. Ved billeddannelse i SWIR er vanddamp, brandrøg, tåge og visse materialer såsom silicium gennemsigtige. Derudover kan farver, der forekommer næsten identiske i det synlige, let differentieres ved hjælp af SWIR.
SWIR-billeddannelse bruges til flere formål, såsom inspektion af elektroniske tavler og solceller, inspektion af produkter, identifikation og sortering, overvågning, anti-forfalskning, proceskvalitetskontrol og mere.
3) Mid-Wave Infrarød (MWIR)
MWIR-systemer fungerer i området 3 til 5 mikron. Når man skal vælge mellem MWIR- og LWIR-systemer, skal man tage flere faktorer i betragtning. Først skal de lokale atmosfæriske bestanddele som fugt og tåge overvejes. MWIR-systemer er mindre påvirket af fugt end LWIR-systemer, så de er overlegne til applikationer som kystovervågning, skibstrafikovervågning eller havnebeskyttelse.
MWIR har større atmosfærisk transmission end LWIR i de fleste klimaer. Derfor er MWIR generelt at foretrække til overvågningsapplikationer på meget lange afstande, der overstiger 10 km afstand fra objektet.
Desuden er MWIR også en bedre mulighed, hvis du ønsker at detektere højtemperaturobjekter såsom køretøjer, fly eller missiler. På billedet nedenfor kan man se, at de varme udstødningsrør er væsentligt mere synlige i MWIR end i LWIR.
4) Langbølget infrarød (LWIR)
LWIR-systemer fungerer i området 8 til 14 mikron. De foretrækkes til applikationer med genstande nær stuetemperatur. LWIR-kameraer påvirkes mindre af solen og er derfor bedre til udendørs drift. De er typisk ukølede systemer, der bruger Focal Plane Array-mikrobolometre, selvom der også findes afkølede LWIR-kameraer, og de bruger Mercury Cadmium Tellurium (MCT) detektorer. I modsætning hertil kræver størstedelen af MWIR-kameraer køling, der anvender enten flydende nitrogen eller en Stirling-cykluskøler.
LWIR-systemer finder en lang række anvendelser såsom inspektion af bygning og infrastruktur, defektdetektion, gasdetektion og mere. LWIR-kameraer har spillet en vigtig rolle under COVID-19-pandemien, da de tillader hurtig og præcis kropstemperaturmåling.
5) Vejledning til valg af IR-substrater
IR-materialer har forskellige egenskaber, der gør det muligt for dem at fungere godt i det infrarøde spektrum. IR Fused Silica, Germanium, Silicium, Sapphire og Zink Sulfide/Selenide, hver har styrker til infrarøde applikationer.
Zinkselenid (ZnSe)
Zinkselenid er en lysegul, fast forbindelse bestående af zink og selen. Det er skabt ved syntese af zinkdamp og H2Se-gas, der dannes som plader på et grafitsubstrat. Den er kendt for sin lave absorptionshastighed, og som giver mulighed for fremragende anvendelser af CO2-lasere.
| Optimalt transmissionsområde | Ideelle applikationer |
| 0,6 - 16μm | CO2-lasere og termometri og spektroskopi, linser, vinduer og FLIR-systemer |
Germanium (Ge)
Germanium har et mørkegrå røgfarvet udseende med et brydningsindeks på 4,024 med lav optisk spredning. Den har en betydelig densitet med en Knoop-hårdhed (kg/mm2): 780,00, hvilket gør, at den kan fungere godt til feltoptik under barske forhold.
| Optimalt transmissionsområde | Ideelle applikationer |
| 2 - 16μm | LWIR - MWIR Termisk billedbehandling (når AR-belagt), robuste optiske situationer |
Silicium (S)
Silicium har et blå-grå udseende med en høj termisk kapacitet, der gør den ideel til laserspejle og siliciumwafers til halvlederindustrien. Det har et brydningsindeks på 3,42. Siliciumkomponenter bruges i elektroniske enheder, fordi dets elektriske strømme kan passere gennem siliciumlederne meget hurtigere sammenlignet med andre ledere, det er mindre tæt end Ge eller ZnSe. AR-belægning anbefales til de fleste applikationer.
| Optimalt transmissionsområde | Ideelle applikationer |
| 1,2 - 8 μm | MWIR, NIR-billeddannelse, IR-spektroskopi, MWIR-detektionssystemer |
Zinksulfid (ZnS)
Zinksulfid er et glimrende valg til infrarøde sensorer, det transmitterer godt i IR og synligt spektrum. Det er typisk et omkostningseffektivt valg frem for andre IR-materialer.
| Optimalt transmissionsområde | Ideelle applikationer |
| 0,6 - 18μm | LWIR - MWIR, synlige og mellembølge- eller langbølgede infrarøde sensorer |
Dit valg af underlag og antirefleksbelægning vil afhænge af, hvilken bølgelængde der kræver primær transmittans i din applikation. Hvis du for eksempel sender IR-lys i MWIR-serien, kan germanium være et godt valg. Til NIR-applikationer kan safir være ideelt.
Andre specifikationer, du måske ønsker at overveje i dit valg af infrarød optik, omfatter termiske egenskaber og brydningsindeks. De termiske egenskaber af et substrat kvantificerer, hvordan det reagerer på varme. Ofte vil infrarøde optiske elementer blive udsat for meget varierende temperaturer. Nogle IR-applikationer producerer også en stor mængde varme. For at afgøre, om et IR-substrat er egnet til din applikation, skal du kontrollere indeksgradienten og termisk udvidelseskoefficient (CTE). Hvis et givet substrat har en høj indeksgradient, kan det have suboptimal optisk ydeevne, når det bruges i en termisk flygtig indstilling. Hvis den har en høj CTE, kan den udvide sig eller trække sig sammen med en høj hastighed givet en stor ændring i temperaturen. De materialer, der oftest anvendes i infrarød optik, varierer meget i brydningsindeks. Germanium har for eksempel et brydningsindeks på 4,0003 sammenlignet med 1,413 for MgF. Tilgængeligheden af substrater med dette brede område af brydningsindeks giver øget fleksibilitet i systemdesign. Spredningen af et IR-materiale måler ændringen i bølgelængdeindeks med hensyn til bølgelængde såvel som den kromatiske aberration eller adskillelse af bølgelængde. Dispersion kvantificeres omvendt med Abbe-tallet, der er defineret som forholdet mellem brydningsindekset ved d-bølgelængden minus 1, over forskellen mellem brydningsindekset ved f- og c-linjerne. Hvis et substrat har et Abbe-tal på mere end 55, er det mindre dispersivt, og vi kalder det et kronemateriale. Mere dispersive substrater med Abbe-tal på mindre end 55 kaldes flintmaterialer.
Infrarød optik applikationer
Infrarød optik har applikationer på mange områder, fra højeffekt CO2-lasere, som arbejder ved 10,6 μm, til termiske kameraer med nattesyn (MWIR- og LWIR-bånd) og IR-billeddannelse. De er også vigtige i spektroskopi, da de overgange, der bruges til at identificere mange sporgasser, er i det midterste infrarøde område. Vi producerer laserlinjeoptik såvel som infrarøde komponenter, der fungerer godt over et bredt bølgelængdeområde, og vores erfarne team kan yde fuld designsupport og rådgivning.
Paralight Optics bruger en række avancerede behandlingsteknikker såsom Single Point Diamond Drejning og CNC-polering til at producere højpræcisionsoptiske linser fra silicium, germanium og zinksulfid, der finder anvendelse i MWIR- og LWIR-kameraer. Vi er i stand til at opnå nøjagtigheder på mindre end 0,5 frynser PV og ruhed i området mindre end 10 nm.
For mere dybdegående specifikation, se venligst voreskatalog optikeller eller kontakt os gerne for mere information.
Indlægstid: 25-apr-2023
