1) Introduksjon til infrarød optikk
Infrarød optikk brukes til å samle, fokusere eller kollimere lys i bølgelengdeområdet mellom 760 og 14 000 nm. Denne delen av IR-stråling er videre delt inn i fire forskjellige spektralområder:
| Nær infrarød rekkevidde (NIR) | 700 – 900 nm |
| Kortbølget infrarød rekkevidde (SWIR) | 900 – 2300 nm |
| Midtbølge infrarød rekkevidde (MWIR) | 3000 – 5000 nm |
| Langbølget infrarød rekkevidde (LWIR) | 8000 – 14000 nm |
2) Kortbølge infrarød (SWIR)
SWIR-applikasjoner dekker området fra 900 til 2300 nm. I motsetning til MWIR- og LWIR-lys som sendes ut fra selve objektet, ligner SWIR på synlig lys i den forstand at fotoner reflekteres eller absorberes av et objekt, og gir dermed den nødvendige kontrasten for høyoppløselig bildebehandling. Naturlige lyskilder som omgivende startlys og bakgrunnsutstråling (aka nightglow) er slike emittere av SWIR og leverer utmerket belysning for utendørs avbildning om natten.
En rekke applikasjoner som er problematiske eller umulige å utføre ved bruk av synlig lys, er gjennomførbare ved bruk av SWIR. Ved avbildning i SWIR er vanndamp, brannrøyk, tåke og visse materialer som silisium gjennomsiktige. I tillegg kan farger som virker nesten identiske i det synlige lett differensieres ved hjelp av SWIR.
SWIR-bildebehandling brukes til flere formål som elektronisk tavle- og solcelleinspeksjon, produksjonsinspeksjon, identifisering og sortering, overvåking, anti-forfalskning, prosesskvalitetskontroll og mer.
3) Midtbølge infrarød (MWIR)
MWIR-systemer opererer i området 3 til 5 mikron. Når man skal velge mellom MWIR- og LWIR-systemer, må man ta hensyn til flere faktorer. Først må de lokale atmosfæriske bestanddelene som fuktighet og tåke vurderes. MWIR-systemer påvirkes mindre av fuktighet enn LWIR-systemer, så de er overlegne for bruksområder som kystovervåking, fartøytrafikkovervåking eller havnebeskyttelse.
MWIR har større atmosfærisk overføring enn LWIR i de fleste klima. Derfor er MWIR generelt å foretrekke for overvåkingsapplikasjoner over lang avstand som overstiger 10 km avstand fra objektet.
Dessuten er MWIR også et bedre alternativ hvis du ønsker å oppdage høytemperaturobjekter som kjøretøy, fly eller missiler. På bildet under kan man se at de varme eksosplommene er betydelig mer synlige i MWIR enn i LWIR.
4) Langbølge infrarød (LWIR)
LWIR-systemer opererer i området 8 til 14 mikron. De foretrekkes for applikasjoner med gjenstander nær romtemperatur. LWIR-kameraer påvirkes mindre av solen og er derfor bedre for utendørs bruk. De er vanligvis ukjølte systemer som bruker Focal Plane Array-mikrobolometre, selv om kjølte LWIR-kameraer også finnes, og de bruker Mercury Cadmium Tellurium (MCT) detektorer. I motsetning til dette krever de fleste MWIR-kameraer kjøling, og bruker enten flytende nitrogen eller en Stirling-sykluskjøler.
LWIR-systemer finner et stort antall bruksområder som inspeksjon av bygg og infrastruktur, defektdeteksjon, gassdeteksjon og mer. LWIR-kameraer har spilt en viktig rolle under COVID-19-pandemien da de tillater rask og nøyaktig måling av kroppstemperatur.
5) Veiledning for valg av IR-substrater
IR-materialer har distinkte egenskaper som gjør at de kan yte godt i det infrarøde spekteret. IR smeltet silika, germanium, silisium, safir og sinksulfid/selenid, hver har styrke for infrarøde applikasjoner.
Sink Selenid (ZnSe)
Sinkselenid er en lysegul, fast forbindelse som består av sink og selen. Den er skapt ved syntese av sinkdamp og H2Se-gass, dannet som ark på et grafittsubstrat. Den er kjent for sin lave absorpsjonshastighet og som muliggjør utmerket bruk av CO2-lasere.
| Optimalt overføringsområde | Ideelle applikasjoner |
| 0,6 - 16μm | CO2-lasere og termometri og spektroskopi, linser, vinduer og FLIR-systemer |
Germanium (Ge)
Germanium har et mørkegrå røykaktig utseende med en brytningsindeks på 4,024 med lav optisk spredning. Den har en betydelig tetthet med en Knoop-hardhet (kg/mm2): 780,00 som gjør at den kan yte godt for feltoptikk under tøffe forhold.
| Optimalt overføringsområde | Ideelle applikasjoner |
| 2 - 16μm | LWIR - MWIR Termisk bildebehandling (når AR-belagt), robuste optiske situasjoner |
Silisium (S)
Silisium har blågrå utseende med høy termisk kapasitet som gjør den ideell for laserspeil og silisiumskiver for halvlederindustrien. Den har en brytningsindeks på 3,42. Silisiumkomponenter brukes i elektroniske enheter fordi dens elektriske strømmer kan passere via silisiumlederne mye raskere sammenlignet med andre ledere, det er mindre tett enn Ge eller ZnSe. AR-belegg anbefales for de fleste bruksområder.
| Optimalt overføringsområde | Ideelle applikasjoner |
| 1,2 - 8 μm | MWIR, NIR-avbildning, IR-spektroskopi, MWIR-deteksjonssystemer |
Sinksulfid (ZnS)
Sinksulfid er et utmerket valg for infrarøde sensorer det overfører godt i IR og synlig spektrum. Det er vanligvis et kostnadseffektivt valg fremfor andre IR-materialer.
| Optimalt overføringsområde | Ideelle applikasjoner |
| 0,6 - 18μm | LWIR - MWIR, synlige og mellombølge- eller langbølgede infrarøde sensorer |
Ditt valg av underlag og antirefleksjonsbelegg vil avhenge av hvilken bølgelengde som krever primær transmittans i applikasjonen. Hvis du for eksempel sender IR-lys i MWIR-serien, kan germanium være et godt valg. For NIR-applikasjoner kan safir være ideelt.
Andre spesifikasjoner du kanskje vil vurdere i ditt valg av infrarød optikk inkluderer termiske egenskaper og brytningsindeks. De termiske egenskapene til et substrat kvantifiserer hvordan det reagerer på varme. Ofte vil infrarøde optiske elementer bli utsatt for vidt varierende temperaturer. Noen IR-applikasjoner produserer også en stor mengde varme. For å finne ut om et IR-substrat er egnet for din applikasjon, bør du sjekke indeksgradienten og termisk ekspansjonskoeffisient (CTE). Hvis et gitt substrat har en høy indeksgradient, kan det ha suboptimal optisk ytelse når det brukes i en termisk flyktig setting. Hvis den har en høy CTE, kan den utvide seg eller trekke seg sammen med høy hastighet gitt en stor endring i temperaturen. Materialene som oftest brukes i infrarød optikk varierer mye i brytningsindeks. Germanium, for eksempel, har en brytningsindeks på 4,0003, sammenlignet med 1,413 for MgF. Tilgjengeligheten av underlag med dette brede området av brytningsindeks gir ekstra fleksibilitet i systemdesign. Spredningen av et IR-materiale måler endringen i bølgelengdeindeksen med hensyn til bølgelengden så vel som den kromatiske aberrasjonen, eller separasjonen av bølgelengden. Dispersjon kvantifiseres, omvendt, med Abbe-tallet, som er definert som forholdet mellom brytningsindeksen ved d-bølgelengden minus 1, over forskjellen mellom brytningsindeksen ved f- og c-linjene. Hvis et substrat har et Abbe-tall større enn 55, er det mindre dispersivt og vi kaller det et kronemateriale. Mer dispersive underlag med Abbe-tall på lavere enn 55 kalles flintmaterialer.
Applikasjoner for infrarød optikk
Infrarød optikk har bruksområder på mange felt, fra høyeffekt CO2-lasere, som fungerer ved 10,6 μm, til nattsyns termiske kameraer (MWIR- og LWIR-bånd) og IR-avbildning. De er også viktige i spektroskopi, ettersom overgangene som brukes til å identifisere mange sporgasser er i det midtre infrarøde området. Vi produserer laserlinjeoptikk så vel som infrarøde komponenter som yter godt over et bredt bølgelengdeområde, og vårt erfarne team kan gi full designstøtte og konsultasjon.
Paralight Optics bruker en rekke avanserte prosesseringsteknikker som Single Point Diamond Turning og CNC-polering for å produsere høypresisjons optiske linser fra Silicon, Germanium og Zinc Sulfide som finner anvendelse i MWIR- og LWIR-kameraer. Vi er i stand til å oppnå nøyaktigheter på mindre enn 0,5 frynser PV og ruhet i området mindre enn 10 nm.
For mer detaljerte spesifikasjoner, vennligst se vårkatalog optikkeller eller kontakt oss gjerne for mer informasjon.
Innleggstid: 25. april 2023
