რა არის ინფრაწითელი ოპტიკა?

1) შესავალი ინფრაწითელ ოპტიკაში

ინფრაწითელი ოპტიკა გამოიყენება სინათლის შესაგროვებლად, ფოკუსირებისთვის ან კოლიმირებისთვის ტალღის სიგრძის დიაპაზონში 760-დან 14000 ნმ-მდე. IR გამოსხივების ეს ნაწილი შემდგომში იყოფა ოთხ განსხვავებულ სპექტრულ დიაპაზონში:

ინფრაწითელ დიაპაზონთან ახლოს (NIR)	700 – 900 ნმ
მოკლე ტალღის ინფრაწითელი დიაპაზონი (SWIR)	900 – 2300 ნმ
შუა ტალღის ინფრაწითელი დიაპაზონი (MWIR)	3000 – 5000 ნმ
გრძელი ტალღის ინფრაწითელი დიაპაზონი (LWIR)	8000 – 14000 ნმ

2) მოკლე ტალღის ინფრაწითელი (SWIR)

SWIR აპლიკაციები მოიცავს 900-დან 2300 ნმ დიაპაზონს. MWIR და LWIR სინათლისგან განსხვავებით, რომელიც გამოიყოფა თავად ობიექტიდან, SWIR წააგავს ხილულ შუქს იმ გაგებით, რომ ფოტონები აირეკლება ან შეიწოვება ობიექტის მიერ, რაც უზრუნველყოფს აუცილებელ კონტრასტს მაღალი გარჩევადობის გამოსახულების მისაღებად. ბუნებრივი სინათლის წყაროები, როგორიცაა ატმოსფერული დაწყების შუქი და ფონის სიკაშკაშე (aka nightglow) არის SWIR-ის ასეთი გამოსხივება და უზრუნველყოფს შესანიშნავი განათებას გარე გამოსახულების დროს ღამით.

რიგი აპლიკაციები, რომლებიც პრობლემურია ან შეუძლებელია ხილული შუქის გამოყენებით, შესაძლებელია SWIR-ის გამოყენებით. SWIR-ში გამოსახულებისას, წყლის ორთქლი, ცეცხლის კვამლი, ნისლი და გარკვეული მასალები, როგორიცაა სილიკონი, გამჭვირვალეა. გარდა ამისა, ფერები, რომლებიც თითქმის იდენტურია ხილულში, შეიძლება ადვილად დიფერენცირებული იყოს SWIR-ის გამოყენებით.

SWIR გამოსახულება გამოიყენება მრავალი მიზნისთვის, როგორიცაა ელექტრონული დაფის და მზის უჯრედების ინსპექტირება, წარმოების შემოწმება, იდენტიფიკაცია და დახარისხება, მეთვალყურეობა, გაყალბების საწინააღმდეგო, პროცესის ხარისხის კონტროლი და სხვა.

3) შუა ტალღის ინფრაწითელი (MWIR)

MWIR სისტემები მუშაობს 3-დან 5 მიკრონის დიაპაზონში. MWIR და LWIR სისტემებს შორის გადაწყვეტილების მიღებისას უნდა გავითვალისწინოთ რამდენიმე ფაქტორი. პირველ რიგში, გასათვალისწინებელია ადგილობრივი ატმოსფერული კომპონენტები, როგორიცაა ტენიანობა და ნისლი. MWIR სისტემებზე ნაკლებად მოქმედებს ტენიანობა, ვიდრე LWIR სისტემებზე, ამიტომ ისინი უპირატესობას ანიჭებენ ისეთ აპლიკაციებს, როგორიცაა სანაპირო ზედამხედველობა, გემების მოძრაობის მეთვალყურეობა ან ნავსადგურის დაცვა.

MWIR-ს აქვს უფრო დიდი ატმოსფერული გადაცემა, ვიდრე LWIR უმეტეს კლიმატში. ამიტომ MWIR ზოგადად სასურველია ძალიან შორ მანძილზე სათვალთვალო აპლიკაციებისთვის, რომლებიც აღემატება ობიექტიდან 10 კმ მანძილზე.

უფრო მეტიც, MWIR ასევე უკეთესი ვარიანტია, თუ გსურთ მაღალი ტემპერატურის ობიექტების აღმოჩენა, როგორიცაა მანქანები, თვითმფრინავები ან რაკეტები. ქვემოთ მოყვანილ სურათზე შეგიძლიათ ნახოთ, რომ ცხელი გამონაბოლქვი შტრიხები მნიშვნელოვნად უფრო შესამჩნევია MWIR-ში, ვიდრე LWIR-ში.

4) გრძელი ტალღის ინფრაწითელი (LWIR)

LWIR სისტემები მუშაობს 8-დან 14 მიკრონის დიაპაზონში. ისინი სასურველია აპლიკაციებისთვის ოთახის ტემპერატურის ობიექტებთან ახლოს. LWIR კამერები ნაკლებად განიცდიან მზის ზემოქმედებას და ამიტომ უკეთესია გარე მუშაობისთვის. ისინი, როგორც წესი, გაუციებელი სისტემებია, რომლებიც იყენებენ ფოკალური სიბრტყის მასივის მიკრობოლომეტრებს, თუმცა გაცივებული LWIR კამერებიც არსებობს და ისინი იყენებენ მერკური კადმიუმის ტელურიუმის (MCT) დეტექტორებს. ამის საპირისპიროდ, MWIR კამერების უმრავლესობას სჭირდება გაგრილება, თხევადი აზოტის ან სტერლინგის ციკლის გამაგრილებლის გამოყენებით.

LWIR სისტემები პოულობენ აპლიკაციების ფართო რაოდენობას, როგორიცაა შენობისა და ინფრასტრუქტურის შემოწმება, დეფექტების გამოვლენა, გაზის გამოვლენა და სხვა. LWIR კამერებმა მნიშვნელოვანი როლი ითამაშეს COVID-19 პანდემიის დროს, რადგან ისინი იძლევიან სხეულის ტემპერატურის სწრაფ და ზუსტ გაზომვას.

5) IR სუბსტრატების შერჩევის გზამკვლევი

IR მასალებს აქვთ განსხვავებული თვისებები, რაც მათ საშუალებას აძლევს კარგად იმოქმედონ ინფრაწითელ სპექტრში. IR შერწყმული სილიციუმი, გერმანიუმი, სილიციუმი, საფირონი და თუთიის სულფიდი/სელენიდი, თითოეულს აქვს სიძლიერე ინფრაწითელი აპლიკაციებისთვის.

თუთიის სელენიდი (ZnSe)

თუთიის სელენიდი არის ღია ყვითელი, მყარი ნაერთი, რომელიც შეიცავს თუთიას და სელენს. იგი იქმნება თუთიის ორთქლისა და H2 Se აირის სინთეზით, რომლებიც ფორმირდება ფურცლების სახით გრაფიტის სუბსტრატზე. ცნობილია თავისი დაბალი შთანთქმის სიჩქარით და რაც შესანიშნავად გამოიყენებს CO2 ლაზერებს.

გადაცემის ოპტიმალური დიაპაზონი	იდეალური აპლიკაციები
0,6 - 16 მკმ	CO2 ლაზერები და თერმომეტრია და სპექტროსკოპია, ლინზები, ფანჯრები და FLIR სისტემები

გერმანიუმი (Ge)

გერმანიუმს აქვს მუქი ნაცრისფერი შებოლილი გარეგნობა, რეფრაქციული ინდექსით 4.024 დაბალი ოპტიკური დისპერსიით. მას აქვს მნიშვნელოვანი სიმკვრივე Knoop სიმტკიცე (კგ/მმ2): 780.00, რაც საშუალებას აძლევს მას კარგად იმოქმედოს საველე ოპტიკისთვის უხეში პირობებში.

გადაცემის ოპტიმალური დიაპაზონი	იდეალური აპლიკაციები
2 - 16 მკმ	LWIR - MWIR თერმული გამოსახულება (როდესაც AR დაფარულია), უხეში ოპტიკური სიტუაციები

სილიკონი (S)

სილიკონს აქვს ლურჯი ნაცრისფერი გარეგნობა მაღალი თერმული ტევადობით, რაც მას იდეალურს ხდის ლაზერული სარკეებისთვის და სილიკონის ვაფლებისთვის ნახევარგამტარული ინდუსტრიისთვის. მას აქვს რეფრაქციული ინდექსი 3.42. სილიკონის კომპონენტები გამოიყენება ელექტრონულ მოწყობილობებში იმის გამო, რომ მის ელექტრული დენები შეიძლება გაიაროს სილიკონის გამტარებლების მეშვეობით სხვა გამტარებთან შედარებით, ის ნაკლებად მკვრივია ვიდრე Ge ან ZnSe. AR საფარი რეკომენდირებულია უმეტეს აპლიკაციებისთვის.

გადაცემის ოპტიმალური დიაპაზონი	იდეალური აპლიკაციები
1.2 - 8μm	MWIR, NIR გამოსახულება, IR სპექტროსკოპია, MWIR გამოვლენის სისტემები

თუთიის სულფიდი (ZnS)

თუთიის სულფიდი არის შესანიშნავი არჩევანი ინფრაწითელი სენსორებისთვის, ის კარგად გადასცემს IR და ხილულ სპექტრს. ეს, როგორც წესი, ეფექტური არჩევანია სხვა IR მასალებთან შედარებით.

გადაცემის ოპტიმალური დიაპაზონი	იდეალური აპლიკაციები
0.6 - 18 მკმ	LWIR - MWIR, ხილული და შუა ტალღის ან გრძელი ტალღის ინფრაწითელი სენსორები

სუბსტრატისა და არეკვლის საწინააღმდეგო საფარის არჩევანი დამოკიდებული იქნება იმაზე, თუ რომელი ტალღის სიგრძე მოითხოვს ძირითად გადაცემას თქვენს აპლიკაციაში. მაგალითად, თუ თქვენ გადასცემთ IR შუქს MWIR დიაპაზონში, გერმანიუმი შეიძლება იყოს კარგი არჩევანი. NIR აპლიკაციებისთვის, საფირონი შეიძლება იყოს იდეალური.

სხვა სპეციფიკაციები, რომელთა გათვალისწინებაც გსურთ ინფრაწითელი ოპტიკის არჩევისას, მოიცავს თერმული თვისებებს და გარდატეხის ინდექსს. სუბსტრატის თერმული თვისებები განსაზღვრავს, თუ როგორ რეაგირებს იგი სითბოზე. ხშირად, ინფრაწითელი ოპტიკური ელემენტები ექვემდებარება ფართოდ განსხვავებულ ტემპერატურას. ზოგიერთი IR აპლიკაცია ასევე აწარმოებს დიდი რაოდენობით სითბოს. იმის დასადგენად, რამდენად შესაფერისია IR სუბსტრატი თქვენი განაცხადისთვის, თქვენ უნდა შეამოწმოთ ინდექსის გრადიენტი და თერმული გაფართოების კოეფიციენტი (CTE). თუ მოცემულ სუბსტრატს აქვს მაღალი ინდექსის გრადიენტი, მას შეიძლება ჰქონდეს არაოპტიმალური ოპტიკური შესრულება თერმულად არასტაბილურ გარემოში გამოყენებისას. თუ მას აქვს მაღალი CTE, ის შეიძლება გაფართოვდეს ან შეკუმშვა მაღალი სიჩქარით ტემპერატურის დიდი ცვლილების გათვალისწინებით. ინფრაწითელ ოპტიკაში ყველაზე ხშირად გამოყენებული მასალები ძალიან განსხვავდება გარდატეხის ინდექსით. მაგალითად, გერმანიუმს აქვს გარდატეხის ინდექსი 4.0003, MgF 1.413-თან შედარებით. სუბსტრატების ხელმისაწვდომობა ამ ფართო სპექტრის გარდატეხის ინდექსით იძლევა დამატებით მოქნილობას სისტემის დიზაინში. IR მასალის დისპერსია ზომავს ტალღის სიგრძის ინდექსის ცვლილებას ტალღის სიგრძესთან, ისევე როგორც ქრომატულ აბერაციასთან ან ტალღის სიგრძის განცალკევებასთან მიმართებაში. დისპერსია რაოდენობრივად ხდება, პირიქით, Abbe რიცხვით, რომელიც განისაზღვრება, როგორც გარდატეხის ინდექსის თანაფარდობა d ტალღის სიგრძეზე მინუს 1, f და c ხაზებზე გარდატეხის ინდექსს შორის სხვაობის მიმართ. თუ სუბსტრატს აქვს Abbe რიცხვი 55-ზე მეტი, ის ნაკლებად დისპერსიულია და მას გვირგვინის მასალას ვუწოდებთ. უფრო დისპერსიულ სუბსტრატებს Abbe 55-ზე ნაკლები რიცხვი ეწოდება კაჟის მასალებს.

ინფრაწითელი ოპტიკის აპლიკაციები

ინფრაწითელი ოპტიკა გამოიყენება მრავალ სფეროში, მაღალი სიმძლავრის CO2 ლაზერებიდან, რომლებიც მუშაობენ 10,6 მკმ-ზე, ღამის ხედვის თერმული გამოსახულების კამერებამდე (MWIR და LWIR ზოლები) და IR გამოსახულებამდე. ისინი ასევე მნიშვნელოვანია სპექტროსკოპიაში, რადგან გადასვლები, რომლებიც გამოიყენება მრავალი კვალი აირის იდენტიფიცირებისთვის, არის შუა ინფრაწითელ რეგიონში. ჩვენ ვაწარმოებთ ლაზერული ხაზის ოპტიკას, ასევე ინფრაწითელ კომპონენტებს, რომლებიც კარგად მოქმედებენ ტალღის სიგრძის ფართო დიაპაზონში და ჩვენს გამოცდილ გუნდს შეუძლია უზრუნველყოს სრული დიზაინის მხარდაჭერა და კონსულტაცია.

Paralight Optics იყენებს მოწინავე დამუშავების ტექნიკის მთელ რიგს, როგორიცაა Single Point Diamond Turning და CNC პოლირება სილიკონის, გერმანიუმის და თუთიის სულფიდის მაღალი სიზუსტის ოპტიკური ლინზების წარმოებისთვის, რომლებიც აპლიკაციებს პოულობენ MWIR და LWIR კამერებში. ჩვენ შეგვიძლია მივაღწიოთ 0,5-ზე ნაკლები ფოლგას PV სიზუსტეს და უხეშობას 10 ნმ-ზე ნაკლებ დიაპაზონში.