1) Introdución á Óptica Infravermella
A óptica infravermella úsase para recoller, enfocar ou colimar a luz no rango de lonxitudes de onda entre 760 e 14.000 nm. Esta parte da radiación IR divídese ademais en catro rangos espectrais diferentes:
| Rango de infravermellos próximos (NIR) | 700-900 nm |
| Rango de infravermellos de onda curta (SWIR) | 900-2300 nm |
| Rango de infravermellos de onda media (MWIR) | 3000-5000 nm |
| Rango de infravermellos de onda longa (LWIR) | 8000-14000 nm |
2) Infravermello de onda curta (SWIR)
As aplicacións SWIR cobren o rango de 900 a 2300 nm. A diferenza da luz MWIR e LWIR que se emite desde o propio obxecto, SWIR aseméllase á luz visible no sentido de que os fotóns son reflectidos ou absorbidos por un obxecto, proporcionando así o contraste necesario para obter imaxes de alta resolución. As fontes de luz natural, como a luz ambiental de inicio e o resplandor de fondo (tamén coñecido como brillo nocturno) son tales emisores de SWIR e ofrecen unha excelente iluminación para imaxes ao aire libre pola noite.
Unha serie de aplicacións que son problemáticas ou imposibles de realizar coa luz visible son factibles mediante SWIR. Ao facer imaxes en SWIR, o vapor de auga, o fume do lume, a néboa e certos materiais como o silicio son transparentes. Ademais, as cores que aparecen case idénticas no visible pódense diferenciar facilmente mediante SWIR.
A imaxe SWIR úsase para múltiples fins, como a inspección de placas electrónicas e células solares, inspección de produtos, identificación e clasificación, vixilancia, loita contra a falsificación, control de calidade do proceso e moito máis.
3) Infravermellos de onda media (MWIR)
Os sistemas MWIR funcionan no rango de 3 a 5 micras. Ao decidir entre sistemas MWIR e LWIR, hai que ter en conta varios factores. En primeiro lugar, hai que ter en conta os compoñentes atmosféricos locais como a humidade e a néboa. Os sistemas MWIR están menos afectados pola humidade que os sistemas LWIR, polo que son superiores para aplicacións como a vixilancia costeira, a vixilancia do tráfico de buques ou a protección do porto.
O MWIR ten maior transmisión atmosférica que o LWIR na maioría dos climas. Polo tanto, MWIR é xeralmente preferible para aplicacións de vixilancia de moi longo alcance que superen os 10 km de distancia do obxecto.
Ademais, MWIR tamén é unha mellor opción se queres detectar obxectos de alta temperatura como vehículos, avións ou mísiles. Na imaxe de abaixo pódese ver que os penachos de escape quentes son significativamente máis visibles no MWIR que no LWIR.
4) Infravermello de onda longa (LWIR)
Os sistemas LWIR operan no rango de 8 a 14 micras. Son preferidos para aplicacións con obxectos próximos a temperatura ambiente. As cámaras LWIR son menos afectadas polo sol e, polo tanto, mellor para o funcionamento ao aire libre. Normalmente son sistemas sen arrefriar que utilizan microbolómetros Focal Plane Array, aínda que tamén existen cámaras LWIR arrefriadas e usan detectores de mercurio cadmio telurio (MCT). Pola contra, a maioría das cámaras MWIR requiren arrefriamento, empregando nitróxeno líquido ou un refrigerador de ciclo Stirling.
Os sistemas LWIR atopan unha gran cantidade de aplicacións, como inspección de edificios e infraestruturas, detección de defectos, detección de gases e moito máis. As cámaras LWIR xogaron un papel importante durante a pandemia de COVID-19 xa que permiten medir a temperatura corporal de forma rápida e precisa.
5) Guía de selección de substratos IR
Os materiais IR teñen propiedades distintas que lles permiten funcionar ben no espectro infravermello. Sílice fundida IR, xermanio, silicio, zafiro e sulfuro/seleniuro de zinc, cada un ten puntos fortes para aplicacións infravermellos.
Selenuro de zinc (ZnSe)
O seleniuro de cinc é un composto sólido de cor amarela clara que comprende cinc e selenio. Créase pola síntese de vapor de zinc e gas H2 Se, formándose como follas sobre un substrato de grafito. É coñecido pola súa baixa taxa de absorción e que permite un excelente uso dos láseres de CO2.
| Rango de transmisión óptimo | Aplicacións ideais |
| 0,6 - 16 μm | Láseres de CO2 e termometría e espectroscopia, lentes, fiestras e sistemas FLIR |
xermanio (Ge)
O xermanio ten un aspecto gris escuro fumeado cun índice de refracción de 4,024 con baixa dispersión óptica. Ten unha densidade considerable cunha dureza Knoop (kg/mm2): 780,00 que lle permiten funcionar ben para ópticas de campo en condicións difíciles.
| Rango de transmisión óptimo | Aplicacións ideais |
| 2 - 16 μm | LWIR - MWIR Imaxe térmica (cando revestido con AR), situacións ópticas difíciles |
Silicio (S)
O silicio ten un aspecto azul-gris cunha alta capacidade térmica que o fai ideal para espellos láser e obleas de silicio para a industria de semicondutores. Ten un índice de refracción de 3,42. Os compoñentes de silicio utilízanse nos dispositivos electrónicos porque as súas correntes eléctricas poden pasar polos condutores de silicio moito máis rápido en comparación con outros condutores, é menos denso que o Ge ou o ZnSe. Recoméndase o revestimento AR para a maioría das aplicacións.
| Rango de transmisión óptimo | Aplicacións ideais |
| 1,2 - 8 μm | MWIR, imaxe NIR, espectroscopia IR, sistemas de detección MWIR |
Sulfuro de zinc (ZnS)
O sulfuro de zinc é unha excelente opción para sensores infravermellos que transmite ben no espectro IR e visible. Normalmente é unha opción rendible fronte a outros materiais IR.
| Rango de transmisión óptimo | Aplicacións ideais |
| 0,6 - 18 μm | LWIR - MWIR, sensores visibles e infravermellos de onda media ou onda longa |
A súa elección do substrato e do revestimento antirreflexión dependerá da lonxitude de onda que requira a transmitancia principal na súa aplicación. Por exemplo, se está a transmitir luz IR no rango MWIR, o xermanio pode ser unha boa opción. Para aplicacións NIR, o zafiro pode ser ideal.
Outras especificacións que pode querer considerar na súa elección de óptica infravermella inclúen as propiedades térmicas e o índice de refracción. As propiedades térmicas dun substrato cuantifican como reacciona á calor. Moitas veces, os elementos ópticos infravermellos estarán expostos a temperaturas moi variables. Algunhas aplicacións IR tamén producen unha gran cantidade de calor. Para determinar se un substrato IR é adecuado para a súa aplicación, quererá comprobar o gradiente de índice e o coeficiente de expansión térmica (CTE). Se un determinado substrato ten un alto índice de gradiente, pode ter un rendemento óptico subóptimo cando se usa nunha configuración térmicamente volátil. Se ten un CTE alto, pode expandirse ou contraerse a un ritmo elevado dado un gran cambio de temperatura. Os materiais utilizados con máis frecuencia na óptica infravermella varían moito no seu índice de refracción. O xermanio, por exemplo, ten un índice de refracción de 4,0003, en comparación co 1,413 do MgF. A dispoñibilidade de substratos con este amplo rango de índice de refracción proporciona unha flexibilidade adicional no deseño do sistema. A dispersión dun material IR mide o cambio no índice de lonxitude de onda con respecto á lonxitude de onda, así como a aberración cromática, ou a separación da lonxitude de onda. A dispersión cuantificase, inversamente, co número de Abbe, que se define como a relación do índice de refracción na lonxitude de onda d menos 1, sobre a diferenza entre o índice de refracción nas liñas f e c. Se un substrato ten un número de Abbe superior a 55, é menos dispersivo e chamámoslle material de coroa. Os substratos máis dispersivos con números de Abbe inferiores a 55 chámanse materiais de sílex.
Aplicacións de óptica infravermella
A óptica infravermella ten aplicacións en moitos campos, desde láseres de CO2 de alta potencia, que funcionan a 10,6 μm, ata cámaras térmicas de visión nocturna (bandas MWIR e LWIR) e imaxes IR. Tamén son importantes en espectroscopia, xa que as transicións utilizadas para identificar moitos gases traza están na rexión do infravermello medio. Producimos ópticas de liña láser e compoñentes infravermellos que funcionan ben nun amplo intervalo de lonxitudes de onda, e o noso experimentado equipo pode proporcionar soporte e consulta completas de deseño.
Paralight Optics está utilizando unha serie de técnicas de procesamento avanzadas, como o torneado de diamante de punto único e o pulido CNC para producir lentes ópticas de alta precisión a partir de silicio, xermanio e sulfuro de zinc que atopan aplicacións en cámaras MWIR e LWIR. Somos capaces de acadar precisións de menos de 0,5 franxas PV e rugosidades no rango de menos de 10 nm.
Para unha especificación máis detallada, consulte o nosocatálogo ópticoou non dubide en contactar connosco para obter máis información.
Hora de publicación: 25-Abr-2023
