1) מבוא לאופטיקה אינפרא אדום
אופטיקה אינפרא אדום משמשת לאיסוף, מיקוד או קולימציה של אור בטווח אורכי גל שבין 760 ל-14,000 ננומטר. חלק זה של קרינת IR מחולק עוד יותר לארבעה טווחים ספקטרליים שונים:
| טווח אינפרא אדום קרוב (NIR) | 700 - 900 ננומטר |
| טווח אינפרא אדום עם גלים קצרים (SWIR) | 900 - 2300 ננומטר |
| טווח אינפרא אדום גל בינוני (MWIR) | 3000 - 5000 ננומטר |
| טווח אינפרא אדום גלי ארוך (LWIR) | 8000 - 14000 ננומטר |
2) אינפרא אדום גלי קצר (SWIR)
יישומי SWIR מכסים את הטווח שבין 900 ל-2300 ננומטר. בניגוד לאור MWIR ו-LWIR הנפלט מהאובייקט עצמו, SWIR דומה לאור הנראה במובן זה שפוטונים מוחזרים או נספגים על ידי עצם, ובכך מספקים את הניגודיות הדרושה להדמיה ברזולוציה גבוהה. מקורות אור טבעיים כגון אור התחלה סביבה וזוהר רקע (הידוע גם בשם Nightglow) הם פולטים כאלה של SWIR ומספקים תאורה מצוינת להדמיה חיצונית בלילה.
מספר יישומים בעייתיים או בלתי אפשריים לביצוע באמצעות אור נראה ניתנים לביצוע באמצעות SWIR. בעת הדמיה ב-SWIR, אדי מים, עשן אש, ערפל וחומרים מסוימים כגון סיליקון שקופים. בנוסף, ניתן להבדיל בקלות בין צבעים הנראים כמעט זהים בגלוי באמצעות SWIR.
הדמיית SWIR משמשת למטרות מרובות כגון בדיקת לוח אלקטרוני ותאים סולאריים, בדיקת תוצרת, זיהוי ומיון, מעקבים, מניעת זיוף, בקרת איכות תהליכים ועוד.
3) אינפרא אדום גל אמצע (MWIR)
מערכות MWIR פועלות בטווח של 3 עד 5 מיקרון. כאשר מחליטים בין מערכות MWIR ל-LWIR, יש לקחת בחשבון מספר גורמים. ראשית, יש לקחת בחשבון את המרכיבים האטמוספריים המקומיים כמו לחות וערפל. מערכות MWIR מושפעות פחות מלחות ממערכות LWIR, ולכן הן עדיפות ליישומים כגון מעקב חופי, מעקב אחר תעבורת כלי שיט או הגנה על נמל.
ל-MWIR יש שידור אטמוספרי גדול יותר מאשר ל-LWIR ברוב האקלים. לכן, MWIR עדיף בדרך כלל עבור יישומי מעקב ארוכי טווח מאוד העולה על 10 ק"מ מהאובייקט.
יתר על כן, MWIR היא גם אפשרות טובה יותר אם אתה רוצה לזהות עצמים בטמפרטורה גבוהה כגון כלי רכב, מטוסים או טילים. בתמונה למטה ניתן לראות כי פלומות הפליטה החמות נראות משמעותית יותר ב-MWIR מאשר ב-LWIR.
4) אינפרא אדום גלי ארוך (LWIR)
מערכות LWIR פועלות בטווח של 8 עד 14 מיקרון. הם מועדפים עבור יישומים עם חפצים קרובים בטמפרטורת החדר. מצלמות LWIR מושפעות פחות מהשמש ולכן טובות יותר לפעולה חיצונית. בדרך כלל מדובר במערכות לא מקוררות המשתמשות במיקרובולומטרים של מערך Focal Plane, אם כי קיימות גם מצלמות LWIR מקוררות והן משתמשות בגלאי Mercury Cadmium Tellurium (MCT). לעומת זאת, רוב מצלמות MWIR דורשות קירור, תוך שימוש בחנקן נוזלי או במקרר מחזורי Stirling.
מערכות LWIR מוצאות מספר רב של יישומים כגון בדיקת מבנים ותשתיות, איתור ליקויים, גילוי גז ועוד. מצלמות LWIR מילאו תפקיד חשוב במהלך מגיפת COVID-19 מכיוון שהן מאפשרות מדידת טמפרטורת גוף מהירה ומדויקת.
5) מדריך לבחירת מצעי IR
לחומרי IR יש תכונות ברורות המאפשרות להם ביצועים טובים בספקטרום האינפרא אדום. IR fused סיליקה, גרמניום, סיליקון, ספיר ואבץ גופרתי/סלניד, לכל אחד מהם יתרונות עבור יישומי אינפרא אדום.
אבץ סלניד (ZnSe)
אבץ סלניד הוא תרכובת מוצקה בצבע צהוב בהיר הכולל אבץ וסלניום. הוא נוצר על ידי סינתזה של אדי אבץ וגז H2 Se, הנוצרים כיריעות על מצע גרפיט. הוא ידוע בקצב הספיגה הנמוך שלו ואשר מאפשר שימושים מצוינים בלייזרי CO2.
| טווח שידור אופטימלי | יישומים אידיאליים |
| 0.6 - 16 מיקרומטר | לייזרים CO2 ותרמומטריה וספקטרוסקופיה, עדשות, חלונות ומערכות FLIR |
גרמניום (Ge)
לגרמניום מראה מעושן אפור כהה עם מקדם שבירה של 4.024 עם פיזור אופטי נמוך. יש לו צפיפות ניכרת עם קשיות Knoop (ק"ג/מ"ר): 780.00 המאפשרת לו ביצועים טובים עבור אופטיקה בשטח בתנאים קשים.
| טווח שידור אופטימלי | יישומים אידיאליים |
| 2 - 16 מיקרומטר | LWIR - MWIR הדמיה תרמית (כאשר מצופה AR), מצבים אופטיים קשים |
סיליקון (S)
לסיליקון מראה כחול-אפור עם קיבולת תרמית גבוהה שהופך אותו לאידיאלי עבור מראות לייזר ופסקי סיליקון לתעשיית המוליכים למחצה. יש לו מקדם שבירה של 3.42. רכיבי סיליקון משמשים במכשירים אלקטרוניים מכיוון שהזרמים החשמליים שלו יכולים לעבור דרך מוליכי הסיליקון הרבה יותר מהר בהשוואה למוליכים אחרים, הוא פחות צפוף מ-Ge או ZnSe. ציפוי AR מומלץ לרוב היישומים.
| טווח שידור אופטימלי | יישומים אידיאליים |
| 1.2 - 8 מיקרומטר | הדמיית MWIR, NIR, ספקטרוסקופיה IR, מערכות זיהוי MWIR |
אבץ גופרתי (ZnS)
אבץ גופרתי הוא בחירה מצוינת עבור חיישני אינפרא אדום שהוא משדר היטב בספקטרום ה-IR והגלוי. זה בדרך כלל בחירה חסכונית על פני חומרי IR אחרים.
| טווח שידור אופטימלי | יישומים אידיאליים |
| 0.6 - 18 מיקרומטר | LWIR - MWIR, חיישני אינפרא אדום גלויים ואמצעי גל או גל ארוך |
הבחירה שלך במצע ובציפוי נגד השתקפות תהיה תלויה באיזה אורך גל דורש שידור ראשוני ביישום שלך. לדוגמה, אם אתה משדר אור IR בטווח MWIR, גרמניום עשוי להיות בחירה טובה. עבור יישומי NIR, ספיר עשוי להיות אידיאלי.
מפרטים נוספים שאולי תרצו לשקול בבחירתכם באופטיקה אינפרא אדום כוללים תכונות תרמיות ואינדקס השבירה. המאפיינים התרמיים של מצע מכמתים כיצד הוא מגיב לחום. לעתים קרובות, אלמנטים אופטיים אינפרא אדום יהיו חשופים לטמפרטורות משתנות מאוד. יישומי IR מסוימים גם מייצרים כמות גדולה של חום. כדי לקבוע אם מצע IR מתאים ליישום שלך, תרצה לבדוק את שיפוע האינדקס ומקדם ההתפשטות התרמית (CTE). אם למצע נתון יש שיפוע אינדקס גבוה, ייתכן שיהיה לו ביצועים אופטיים לא אופטימליים בשימוש בסביבה נדיפה תרמית. אם יש לו CTE גבוה, הוא עלול להתרחב או להתכווץ בקצב גבוה בהינתן שינוי גדול בטמפרטורה. החומרים המשמשים לרוב באופטיקה אינפרא-אדום משתנים מאוד במדד השבירה. לגרמניום, למשל, יש אינדקס שבירה של 4.0003, לעומת 1.413 עבור MgF. הזמינות של מצעים עם טווח רחב זה של אינדקס השבירה מעניקה גמישות נוספת בתכנון המערכת. הפיזור של חומר IR מודד את השינוי באינדקס של אורך הגל ביחס לאורך הגל וכן את הסטייה הכרומטית, או את ההפרדה של אורך הגל. הפיזור מכומת, הפוך, עם מספר Abbe, המוגדר כיחס בין מקדם השבירה באורך הגל d מינוס 1, על פני ההבדל בין אינדקס השבירה בקווי f ו-c. אם למצע יש מספר Abbe גדול מ-55, הוא פחות מפוזר ואנו קוראים לו חומר כתר. מצעים מפוזרים יותר עם מספרי אבה הנמוכים מ-55 נקראים חומרי צור.
יישומי אופטיקה אינפרא אדום
לאופטיקה אינפרא אדום יש יישומים בתחומים רבים, החל מלייזרי CO2 בהספק גבוה, הפועלים ב-10.6 מיקרומטר, ועד למצלמות הדמיה תרמיות לראיית לילה (רצועות MWIR ו-LWIR) והדמיית IR. הם חשובים גם בספקטרוסקופיה, שכן המעברים המשמשים לזיהוי גזי קורט רבים נמצאים באזור האינפרא אדום האמצעי. אנו מייצרים אופטיקה של קו לייזר כמו גם רכיבי אינפרא אדום אשר מתפקדים היטב על פני טווח אורכי גל רחב, והצוות המנוסה שלנו יכול לספק תמיכה וייעוץ מלא בתכנון.
Paralight Optics משתמשת במגוון של טכניקות עיבוד מתקדמות כגון Single Point Diamond Turning וליטוש CNC כדי לייצר עדשות אופטיות בעלות דיוק גבוה מסיליקון, גרמניום ו-Zinc Sulfide אשר מוצאות יישומים במצלמות MWIR ו-LWIR. אנו מסוגלים להשיג דיוקים של פחות מ-0.5 פרנזים PV וחספוס בטווח של פחות מ-10 ננומטר.
למפרט מעמיק יותר, אנא עיין שלנואופטיקה קטלוגיתאו או אל תהסס לפנות אלינו לקבלת מידע נוסף.
זמן פרסום: 25 באפריל 2023
