1) Úvod do infračervenej optiky
Infračervená optika sa používa na zhromažďovanie, zaostrovanie alebo kolimáciu svetla v rozsahu vlnových dĺžok medzi 760 a 14 000 nm. Táto časť IR žiarenia je ďalej rozdelená do štyroch rôznych spektrálnych rozsahov:
| Blízky infračervený rozsah (NIR) | 700 – 900 nm |
| Krátkovlnný infračervený rozsah (SWIR) | 900 – 2300 nm |
| Stredné vlnové infračervené pásmo (MWIR) | 3000 – 5000 nm |
| Dlhovlnný infračervený rozsah (LWIR) | 8000 – 14000 nm |
2) Krátkovlnné infračervené (SWIR)
SWIR aplikácie pokrývajú rozsah od 900 do 2300 nm. Na rozdiel od svetla MWIR a LWIR, ktoré je vyžarované zo samotného objektu, SWIR sa podobá viditeľnému svetlu v tom zmysle, že fotóny sú objektom odrážané alebo absorbované, čím poskytuje potrebný kontrast pre zobrazovanie s vysokým rozlíšením. Prirodzené zdroje svetla, ako je okolité počiatočné svetlo a vyžarovanie pozadia (aka nočná žiara), sú takýmito žiaričmi SWIR a poskytujú vynikajúce osvetlenie pre vonkajšie snímanie v noci.
Množstvo aplikácií, ktoré je problematické alebo nemožné vykonať pomocou viditeľného svetla, je realizovateľných pomocou SWIR. Pri zobrazovaní vo SWIR sú vodné pary, dym z ohňa, hmla a určité materiály, ako je kremík, priehľadné. Okrem toho farby, ktoré sa na viditeľnom mieste javia takmer identicky, sa dajú ľahko rozlíšiť pomocou SWIR.
Zobrazovanie SWIR sa používa na rôzne účely, ako je kontrola elektronických dosiek a solárnych článkov, kontrola produkcie, identifikácia a triedenie, dohľad, ochrana proti falšovaniu, kontrola kvality procesov a ďalšie.
3) Stredné vlnové infračervené (MWIR)
Systémy MWIR pracujú v rozsahu 3 až 5 mikrónov. Pri rozhodovaní medzi systémami MWIR a LWIR je potrebné vziať do úvahy niekoľko faktorov. Najprv je potrebné vziať do úvahy miestne zložky atmosféry, ako je vlhkosť a hmla. Systémy MWIR sú menej ovplyvnené vlhkosťou ako systémy LWIR, takže sú lepšie pre aplikácie, ako je dohľad nad pobrežím, dohľad nad lodnou dopravou alebo ochrana prístavov.
MWIR má vo väčšine podnebných oblastí väčší prenos do atmosféry ako LWIR. Preto je MWIR vo všeobecnosti vhodnejší pre aplikácie sledovania na veľmi dlhé vzdialenosti, ktoré presahujú vzdialenosť 10 km od objektu.
Okrem toho je MWIR tiež lepšou voľbou, ak chcete detekovať objekty s vysokou teplotou, ako sú vozidlá, lietadlá alebo rakety. Na obrázku nižšie je vidieť, že horúce oblaky výfukových plynov sú výrazne viditeľnejšie v MWIR ako v LWIR.
4) Infračervené dlhovlnné (LWIR)
Systémy LWIR pracujú v rozsahu 8 až 14 mikrónov. Sú preferované pre aplikácie s objektmi v blízkosti izbovej teploty. Kamery LWIR sú menej ovplyvnené slnkom, a preto sú lepšie pre vonkajšiu prevádzku. Sú to zvyčajne nechladené systémy využívajúce mikrobolometre s ohniskovou rovinou, hoci existujú aj chladené LWIR kamery a používajú detektory ortuťového telúrového kadmia (MCT). Na rozdiel od toho väčšina kamier MWIR vyžaduje chladenie, pričom sa využíva buď kvapalný dusík alebo chladič Stirlingovho cyklu.
Systémy LWIR nachádzajú široké množstvo aplikácií, ako je kontrola budov a infraštruktúry, detekcia defektov, detekcia plynov a ďalšie. Kamery LWIR zohrali počas pandémie COVID-19 dôležitú úlohu, pretože umožňujú rýchle a presné meranie telesnej teploty.
5) Sprievodca výberom IR substrátov
IR materiály majú odlišné vlastnosti, ktoré im umožňujú dobre fungovať v infračervenom spektre. IR tavený oxid kremičitý, germánium, kremík, zafír a sulfid/selenid zinočnatý, každý z nich má silné stránky pre infračervené aplikácie.
Selenid zinočnatý (ZnSe)
Selenid zinočnatý je svetložltá pevná zlúčenina obsahujúca zinok a selén. Vzniká syntézou pár zinku a plynného H2Se, ktoré sa tvoria ako pláty na grafitovom substráte. Je známy svojou nízkou mierou absorpcie a umožňuje vynikajúce využitie pre CO2 lasery.
| Optimálny rozsah prenosu | Ideálne aplikácie |
| 0,6 - 16 μm | CO2 lasery a termometria a spektroskopia, šošovky, okná a systémy FLIR |
Germánium (Ge)
Germánium má tmavosivý dymový vzhľad s indexom lomu 4,024 s nízkou optickou disperziou. Má značnú hustotu s Knoopovou tvrdosťou (kg/mm2): 780,00, čo mu umožňuje dobre fungovať pre poľnú optiku v drsných podmienkach.
| Optimálny rozsah prenosu | Ideálne aplikácie |
| 2 - 16 μm | LWIR - MWIR Tepelné zobrazovanie (ak je potiahnuté AR), odolné optické situácie |
kremík (S)
Kremík má modrošedý vzhľad s vysokou tepelnou kapacitou, vďaka čomu je ideálny pre laserové zrkadlá a kremíkové doštičky pre polovodičový priemysel. Má index lomu 3,42. Kremíkové komponenty sa používajú v elektronických zariadeniach, pretože ich elektrické prúdy môžu prechádzať cez kremíkové vodiče oveľa rýchlejšie v porovnaní s inými vodičmi, sú menej husté ako Ge alebo ZnSe. AR náter sa odporúča pre väčšinu aplikácií.
| Optimálny rozsah prenosu | Ideálne aplikácie |
| 1,2 - 8 μm | MWIR, NIR zobrazovanie, IR spektroskopia, MWIR detekčné systémy |
Sulfid zinočnatý (ZnS)
Sulfid zinočnatý je vynikajúcou voľbou pre infračervené senzory, ktoré dobre prenáša v IR a viditeľnom spektre. Je to zvyčajne cenovo výhodná voľba oproti iným IR materiálom.
| Optimálny rozsah prenosu | Ideálne aplikácie |
| 0,6 - 18 μm | LWIR - MWIR, viditeľné a stredovlnné alebo dlhovlnné infračervené senzory |
Váš výber substrátu a antireflexnej vrstvy bude závisieť od toho, ktorá vlnová dĺžka vyžaduje pri vašej aplikácii primárnu priepustnosť. Napríklad, ak prenášate IR svetlo v rozsahu MWIR, germánium môže byť dobrou voľbou. Pre aplikácie NIR môže byť ideálny zafír.
Ďalšie špecifikácie, ktoré možno budete chcieť zvážiť pri výbere infračervenej optiky, zahŕňajú tepelné vlastnosti a index lomu. Tepelné vlastnosti substrátu kvantifikujú, ako reaguje na teplo. Infračervené optické prvky budú často vystavené veľmi premenlivým teplotám. Niektoré IR aplikácie tiež produkujú veľké množstvo tepla. Ak chcete zistiť, či je IR substrát vhodný pre vašu aplikáciu, budete chcieť skontrolovať gradient indexu a koeficient tepelnej rozťažnosti (CTE). Ak má daný substrát vysoký gradient indexu, môže mať suboptimálny optický výkon pri použití v tepelne prchavých podmienkach. Ak má vysoký CTE, môže sa pri veľkej zmene teploty rozpínať alebo zmršťovať vysokou rýchlosťou. Materiály najčastejšie používané v infračervenej optike sa značne líšia v indexe lomu. Napríklad germánium má index lomu 4,0003 v porovnaní s 1,413 pre MgF. Dostupnosť substrátov s týmto širokým rozsahom indexu lomu poskytuje dodatočnú flexibilitu pri navrhovaní systému. Disperzia IR materiálu meria zmenu indexu vlnovej dĺžky vzhľadom na vlnovú dĺžku, ako aj chromatickú aberáciu alebo oddelenie vlnovej dĺžky. Disperzia sa kvantifikuje inverzne pomocou Abbeho čísla, ktoré je definované ako pomer indexu lomu pri vlnovej dĺžke d mínus 1 k rozdielu medzi indexom lomu na čiarach f a c. Ak má substrát Abbeho číslo väčšie ako 55, je menej disperzný a nazývame ho korunkový materiál. Disperznejšie substráty s Abbeovým číslom nižším ako 55 sa nazývajú pazúrikové materiály.
Aplikácie infračervenej optiky
Infračervená optika má uplatnenie v mnohých oblastiach, od vysokovýkonných CO2 laserov, ktoré pracujú s 10,6 μm, až po termovízne kamery s nočným videním (pásma MWIR a LWIR) a IR zobrazovanie. Sú tiež dôležité v spektroskopii, pretože prechody používané pri identifikácii mnohých stopových plynov sú v strednej infračervenej oblasti. Vyrábame optiku laserových línií, ako aj infračervené komponenty, ktoré dobre fungujú v širokom rozsahu vlnových dĺžok a náš skúsený tím môže poskytnúť plnú podporu a konzultácie pri návrhu.
Paralight Optics používa celý rad pokročilých techník spracovania, ako je jednobodové diamantové sústruženie a CNC leštenie, na výrobu vysoko presných optických šošoviek z kremíka, germánia a sulfidu zinočnatého, ktoré nachádzajú uplatnenie v kamerách MWIR a LWIR. Sme schopní dosiahnuť presnosť menšiu ako 0,5 okraja PV a drsnosť v rozsahu menšom ako 10 nm.
Pre podrobnejšiu špecifikáciu si pozrite našekatalógová optikaalebo nás neváhajte kontaktovať pre viac informácií.
Čas odoslania: 25. apríla 2023
