적외선 광학이란 무엇입니까?

1) 적외선광학개론

적외선 광학은 760~14,000nm 사이의 파장 범위에서 빛을 수집, 집중 또는 시준하는 데 사용됩니다. IR 방사선의 이 부분은 4개의 서로 다른 스펙트럼 범위로 더 나뉩니다.

근적외선 범위(NIR)	700 – 900nm
단파 적외선 범위(SWIR)	900 – 2300nm
중파장 적외선 범위(MWIR)	3000~5000nm
장파 적외선 범위(LWIR)	8000 – 14000nm

2) 단파 적외선(SWIR)

SWIR 애플리케이션은 900~2300nm 범위를 포괄합니다. 물체 자체에서 방출되는 MWIR 및 LWIR 빛과 달리 SWIR은 광자가 물체에 의해 반사되거나 흡수되어 고해상도 이미징에 필요한 대비를 제공한다는 점에서 가시광선과 유사합니다. 주변 시작 조명 및 배경 복사(야광이라고도 함)와 같은 자연 광원은 SWIR의 방출체이며 야간 야외 이미징에 탁월한 조명을 제공합니다.

가시광선을 사용하여 수행하기가 어렵거나 불가능한 여러 응용 분야는 SWIR을 사용하여 실현 가능합니다. SWIR로 이미징할 때 수증기, 화재 연기, 안개 및 실리콘과 같은 특정 물질은 투명합니다. 또한 가시적으로 거의 동일하게 나타나는 색상은 SWIR을 사용하여 쉽게 구별할 수 있습니다.

SWIR 이미징은 전자 기판 및 태양 전지 검사, 생산물 검사, 식별 및 분류, 감시, 위조 방지, 프로세스 품질 관리 등과 같은 다양한 목적으로 사용됩니다.

3) 중파장 적외선(MWIR)

MWIR 시스템은 3~5미크론 범위에서 작동합니다. MWIR과 LWIR 시스템을 결정할 때는 여러 가지 요소를 고려해야 합니다. 첫째, 습도, 안개 등 국지적 대기성분을 고려해야 한다. MWIR 시스템은 LWIR 시스템보다 습도의 영향을 덜 받기 때문에 해안 감시, 선박 교통 감시 또는 항만 보호와 같은 응용 분야에 탁월합니다.

MWIR은 대부분의 기후에서 LWIR보다 대기 투과율이 더 높습니다. 따라서 MWIR은 일반적으로 물체로부터 10km를 초과하는 매우 장거리 감시 용도에 적합합니다.

또한 MWIR은 차량, 비행기 또는 미사일과 같은 고온 물체를 감지하려는 경우에도 더 나은 옵션입니다. 아래 이미지에서 뜨거운 배기 기둥이 LWIR보다 MWIR에서 훨씬 더 잘 보이는 것을 볼 수 있습니다.

4) 장파 적외선(LWIR)

LWIR 시스템은 8~14미크론 범위에서 작동합니다. 이는 실온에 가까운 물체에 적용하는 데 선호됩니다. LWIR 카메라는 태양의 영향을 덜 받기 때문에 실외 작업에 더 좋습니다. 냉각식 LWIR 카메라도 존재하고 MCT(Mercury Cadmium Tellurium) 감지기를 사용하지만 일반적으로 Focal Plane Array 마이크로볼로미터를 사용하는 비냉각식 시스템입니다. 대조적으로, 대부분의 MWIR 카메라는 액체 질소 또는 스털링 사이클 냉각기를 사용하는 냉각이 필요합니다.

LWIR 시스템은 건물 및 인프라 검사, 결함 감지, 가스 감지 등과 같은 다양한 응용 분야를 찾습니다. LWIR 카메라는 빠르고 정확한 체온 측정이 가능해 코로나19 팬데믹 기간 동안 중요한 역할을 했습니다.

5) IR 기판 선택 가이드

IR 재료는 적외선 스펙트럼에서 잘 작동할 수 있는 독특한 특성을 가지고 있습니다. IR 용융 실리카, 게르마늄, 실리콘, 사파이어 및 황화아연/셀렌화물은 각각 적외선 용도에 강점을 갖고 있습니다.

아연 셀레나이드(ZnSe)

아연 셀렌화물은 아연과 셀레늄으로 구성된 밝은 노란색의 고체 화합물입니다. 이는 아연 증기와 H2Se 가스의 합성으로 생성되며 흑연 기판에 시트 형태로 형성됩니다. 흡수율이 낮고 CO2 레이저에 탁월한 용도로 사용되는 것으로 알려져 있습니다.

최적의 전송 범위	이상적인 애플리케이션
0.6 - 16μm	CO2 레이저, 온도 측정, 분광학, 렌즈, 창문, FLIR 시스템

게르마늄(Ge)

게르마늄은 굴절률이 4.024이고 광학 분산이 낮은 짙은 회색 연기가 자욱한 외관을 가지고 있습니다. Knoop 경도(kg/mm2): 780.00의 상당한 밀도를 가지고 있어 열악한 조건에서 현장 광학에 적합한 성능을 발휘합니다.

최적의 전송 범위	이상적인 애플리케이션
2 - 16μm	LWIR - MWIR 열화상(AR 코팅 시), 견고한 광학 상황

실리콘(S)

실리콘은 높은 열용량을 지닌 청회색 외관을 갖고 있어 반도체 산업용 레이저 미러 및 실리콘 웨이퍼에 이상적입니다. 굴절률은 3.42입니다. 실리콘 부품이 전자 장치에 사용되는 이유는 전류가 다른 도체에 비해 훨씬 빠르게 실리콘 도체를 통과할 수 있고 Ge나 ZnSe보다 밀도가 낮기 때문입니다. AR 코팅은 대부분의 응용 분야에 권장됩니다.

최적의 전송 범위	이상적인 애플리케이션
1.2 - 8μm	MWIR, NIR 이미징, IR 분광학, MWIR 감지 시스템

황화아연(ZnS)

황화아연은 IR 및 가시 스펙트럼에서 잘 전송되는 적외선 센서를 위한 탁월한 선택입니다. 일반적으로 다른 IR 재료에 비해 비용 효율적인 선택입니다.

최적의 전송 범위	이상적인 애플리케이션
0.6 - 18μm	LWIR - MWIR, 가시광선, 중파 또는 장파 적외선 센서

기판 및 반사 방지 코팅 선택은 응용 분야에서 주요 투과율이 필요한 파장에 따라 달라집니다. 예를 들어, MWIR 범위의 IR 빛을 전송하는 경우 게르마늄이 좋은 선택일 수 있습니다. NIR 용도의 경우 사파이어가 이상적일 수 있습니다.

적외선 광학 제품을 선택할 때 고려해야 할 다른 사양으로는 열 특성과 굴절률이 있습니다. 기판의 열적 특성은 기판이 열에 반응하는 방식을 정량화합니다. 적외선 광학 요소는 종종 다양한 온도에 노출됩니다. 일부 IR 응용 분야에서는 많은 양의 열이 발생하기도 합니다. IR 기판이 귀하의 응용 분야에 적합한지 여부를 결정하려면 지수 기울기와 열팽창 계수(CTE)를 확인해야 합니다. 특정 기판의 굴절률 기울기가 높으면 열적으로 불안정한 환경에서 사용할 때 광학 성능이 최적이 아닐 수 있습니다. CTE가 높으면 온도 변화가 크면 빠른 속도로 팽창하거나 수축할 수 있습니다. 적외선 광학에 가장 자주 사용되는 재료는 굴절률이 매우 다양합니다. 예를 들어 게르마늄의 굴절률은 4.0003인데 비해 MgF의 굴절률은 1.413입니다. 굴절률 범위가 넓은 기판을 사용할 수 있어 시스템 설계에 유연성이 더해집니다. IR 물질의 분산은 파장에 대한 파장 지수의 변화뿐만 아니라 색수차 또는 파장 분리를 측정합니다. 분산은 f선과 c선의 굴절률 간 차이에 대한 d 파장의 굴절률에서 1을 뺀 비율로 정의되는 아베수를 사용하여 역으로 정량화됩니다. 기판의 아베수가 55보다 크면 분산이 덜하므로 크라운 재료라고 부릅니다. 아베수가 55보다 낮은 분산성이 높은 기판을 플린트 재료라고 합니다.

적외선 광학 응용 분야

적외선 광학은 10.6μm에서 작동하는 고출력 CO2 레이저부터 야간 열화상 카메라(MWIR 및 LWIR 대역) 및 IR 이미징에 이르기까지 다양한 분야에 응용됩니다. 많은 미량 가스를 식별하는 데 사용되는 전이가 중적외선 영역에 있기 때문에 분광학에서도 중요합니다. 우리는 넓은 파장 범위에서 우수한 성능을 발휘하는 레이저 라인 광학과 적외선 부품을 생산하며, 경험이 풍부한 우리 팀이 완전한 설계 지원과 컨설팅을 제공할 수 있습니다.

Paralight Optics는 단일 포인트 다이아몬드 터닝(Single Point Diamond Turning) 및 CNC 연마와 같은 다양한 고급 처리 기술을 사용하여 MWIR 및 LWIR 카메라에 적용되는 실리콘, 게르마늄 및 황화아연으로 고정밀 광학 렌즈를 생산합니다. 0.5 프린지 PV 미만의 정확도와 10 nm 미만 범위의 거칠기를 달성할 수 있습니다.