Што е инфрацрвена оптика?

1) Вовед во инфрацрвена оптика

Инфрацрвената оптика се користи за собирање, фокусирање или усогласување на светлината во опсегот на бранова должина помеѓу 760 и 14.000 nm. Овој дел од IR зрачењето е дополнително поделен на четири различни спектрални опсези:

Во близина на инфрацрвен опсег (NIR)	700 - 900 nm
Инфрацрвен опсег на кратки бранови (SWIR)	900 - 2300 nm
Инфрацрвен опсег на среден бран (MWIR)	3000 - 5000 nm
Инфрацрвен опсег со долг бран (LWIR)	8000 - 14000 nm

2) Инфрацрвена со кратки бранови (SWIR)

Апликациите SWIR покриваат опсег од 900 до 2300 nm. За разлика од MWIR и LWIR светлината што се емитува од самиот објект, SWIR наликува на видлива светлина во смисла дека фотоните се рефлектираат или апсорбираат од објект, со што се обезбедува потребниот контраст за сликање со висока резолуција. Природните извори на светлина, како што се амбиенталното светло за почеток и зрачењето на позадината (познато како ноќен сјај) се такви емитери на SWIR и обезбедуваат одлично осветлување за сликање на отворено ноќе.

Голем број на апликации кои се проблематични или невозможни да се изведат со користење на видлива светлина се изводливи со користење на SWIR. При снимање во SWIR, водена пареа, чад од оган, магла и одредени материјали како силикон се проѕирни. Дополнително, боите што изгледаат речиси идентични во видливото може лесно да се разликуваат со помош на SWIR.

Снимањето SWIR се користи за повеќе намени како електронска табла и инспекција на соларни ќелии, инспекција на производи, идентификување и сортирање, надзор, против фалсификување, контрола на квалитетот на процесите и многу повеќе.

3) Инфрацрвен инфрацрвен среден бран (MWIR)

MWIR системите работат во опсег од 3 до 5 микрони. При одлучувањето помеѓу MWIR и LWIR системите, треба да се земат предвид неколку фактори. Прво, треба да се земат предвид локалните атмосферски состојки како влажноста и маглата. Системите MWIR се помалку погодени од влажноста од системите LWIR, така што тие се супериорни за апликации како што се надзор на брегот, надзор на сообраќајот на бродови или заштита на пристаништето.

MWIR има поголем атмосферски пренос од LWIR во повеќето клими. Затоа, MWIR генерално се претпочита за апликации за надзор со многу долг дострел кои надминуваат оддалеченост од 10 km од објектот.

Покрај тоа, MWIR е исто така подобра опција ако сакате да откриете објекти на висока температура како што се возила, авиони или проектили. На сликата подолу може да се види дека топлите издувни столбови се значително повидливи во MWIR отколку во LWIR.

4) Инфрацрвен со долг бран (LWIR)

Системите LWIR работат во опсег од 8 до 14 микрони. Тие се претпочитаат за апликации со објекти блиску до собна температура. Камерите LWIR се помалку погодени од сонцето и затоа се подобри за работа на отворено. Тие се типично неладени системи кои користат микроболометри со фокална рамнина, иако постојат и ладени LWIR камери и користат детектори на жива кадмиум телуриум (MCT). Спротивно на тоа, поголемиот дел од камерите MWIR бараат ладење, користејќи или течен азот или ладилник со циклус на Стирлинг.

Системите LWIR наоѓаат широк број на апликации како што се инспекција на зграда и инфраструктура, откривање дефекти, откривање гас и многу повеќе. Камерите LWIR одиграа важна улога за време на пандемијата COVID-19 бидејќи овозможуваат брзо и прецизно мерење на телесната температура.

5) Водич за избор на IR подлоги

IR материјалите имаат различни својства што им овозможуваат добро да работат во инфрацрвениот спектар. IR сплотена силициум диоксид, германиум, силициум, сафир и цинк сулфид/селенид, секој има јаки страни за инфрацрвени апликации.

Цинк селенид (ZnSe)

Цинк селенидот е светло-жолто, цврсто соединение кое содржи цинк и селен. Се создава со синтеза на пареа на цинк и гас H2 Se, кои се формираат како листови на графитна подлога. Познат е по својата ниска стапка на апсорпција и која овозможува одлична употреба на CO2 ласерите.

Оптимален опсег на пренос	Идеални апликации
0,6 - 16 μm	CO2 ласери и термометрија и спектроскопија, леќи, прозорци и FLIR системи

Германиум (Ge)

Германиумот има темно сив зачаден изглед со индекс на рефракција од 4,024 со мала оптичка дисперзија. Има значителна густина со Knoop цврстина (kg/mm2): 780,00 што му овозможува да работи добро за теренската оптика во тешки услови.

Оптимален опсег на пренос	Идеални апликации
2 - 16 μm	LWIR - MWIR Термичка слика (кога е обложена со AR), груби оптички ситуации

Силикон (S)

Силиконот има сино-сив изглед со висок термички капацитет што го прави идеален за ласерски огледала и силиконски наполитанки за полупроводничка индустрија. Има индекс на рефракција од 3,42. Силиконските компоненти се користат во електронските уреди затоа што неговите електрични струи можат да поминат низ силиконските проводници многу побрзо во споредба со другите проводници, тој е помалку густ од Ge или ZnSe. AR облогата се препорачува за повеќето апликации.

Оптимален опсег на пренос	Идеални апликации
1,2 - 8 μm	MWIR, NIR сликање, IR спектроскопија, MWIR системи за детекција

Цинк сулфид (ZnS)

Цинк сулфидот е одличен избор за инфрацрвени сензори кои добро се пренесуваат во IR и видливиот спектар. Тоа е типично исплатлив избор во однос на другите IR материјали.

Оптимален опсег на пренос	Идеални апликации
0,6 - 18 μm	LWIR - MWIR, видливи и инфрацрвени сензори со средни или долги бранови

Вашиот избор на подлога и облога против рефлексија ќе зависи од тоа која бранова должина бара примарна пропустливост во вашата апликација. На пример, ако пренесувате IR светлина во опсегот MWIR, германиумот може да биде добар избор. За NIR апликации, сафирот може да биде идеален.

Другите спецификации што можеби ќе сакате да ги земете во предвид при изборот на инфрацрвена оптика вклучуваат термички својства и индекс на рефракција. Термичките својства на подлогата квантифицираат како таа реагира на топлина. Често, инфрацрвените оптички елементи ќе бидат изложени на многу различни температури. Некои IR апликации, исто така, произведуваат голема количина на топлина. За да одредите дали IR подлогата е соодветна за вашата апликација, ќе сакате да го проверите индексниот градиент и коефициентот на термичка експанзија (CTE). Ако дадена подлога има висок индексен градиент, може да има неоптимални оптички перформанси кога се користи во термички испарливи поставки. Ако има висок CTE, може да се прошири или собира со голема брзина со оглед на големата промена на температурата. Материјалите кои најчесто се користат во инфрацрвената оптика се разликуваат во голема мера според индексот на рефракција. Германиумот, на пример, има индекс на прекршување од 4.0003, во споредба со 1.413 за MgF. Достапноста на подлоги со овој широк опсег на индекс на рефракција дава дополнителна флексибилност во дизајнот на системот. Дисперзијата на IR материјалот ја мери промената на индексот на бранова должина во однос на брановата должина, како и хроматската аберација или раздвојувањето на брановата должина. Дисперзијата се квантифицира, обратно, со бројот Abbe, кој е дефиниран како однос на индексот на прекршување на брановата должина d минус 1, над разликата помеѓу индексот на прекршување кај линиите f и c. Ако подлогата има број Abbe поголем од 55, тој е помалку дисперзивен и го нарекуваме материјал за круна. Подисперзивните супстрати со број Abbe помал од 55 се нарекуваат кремени материјали.

Апликации за инфрацрвена оптика

Инфрацрвената оптика има примена во многу полиња, од ласери со висока моќност на CO2, кои работат на 10,6 μm, до камери за термичка слика за ноќно гледање (MWIR и LWIR бендови) и IR слики. Тие се исто така важни во спектроскопијата, бидејќи транзициите што се користат за идентификување на многу гасови во трагови се во средниот инфрацрвен регион. Ние произведуваме оптика со ласерска линија, како и инфрацрвени компоненти кои функционираат добро во широк опсег на бранови должини, а нашиот искусен тим може да обезбеди целосна поддршка за дизајн и консултации.

Paralight Optics користи низа напредни техники за обработка, како што се Single Point Diamond Turning и CNC полирање за да произведе високопрецизни оптички леќи од силициум, германиум и цинк сулфид кои наоѓаат примена во камерите MWIR и LWIR. Ние сме во состојба да постигнеме точност помала од 0,5 рабови PV и грубост во опсег од помалку од 10 nm.