1) Uvod v infrardečo optiko
Infrardeča optika se uporablja za zbiranje, fokusiranje ali kolimiranje svetlobe v območju valovnih dolžin med 760 in 14.000 nm. Ta del IR sevanja je nadalje razdeljen na štiri različna spektralna območja:
| Bližnje infrardeče območje (NIR) | 700 – 900 nm |
| Kratkovalovno infrardeče območje (SWIR) | 900 – 2300 nm |
| Srednjevalovno infrardeče območje (MWIR) | 3000 – 5000 nm |
| Dolgovalovno infrardeče območje (LWIR) | 8000 – 14000 nm |
2) Kratkovalovni infrardeči (SWIR)
Aplikacije SWIR pokrivajo območje od 900 do 2300 nm. Za razliko od svetlobe MWIR in LWIR, ki jo oddaja sam predmet, je SWIR podobna vidni svetlobi v smislu, da predmet odbija ali absorbira fotone, kar zagotavlja potreben kontrast za slikanje z visoko ločljivostjo. Naravni viri svetlobe, kot sta ambientalna začetna svetloba in sij ozadja (tudi nočni sij), so takšni oddajniki SWIR in zagotavljajo odlično osvetlitev za slikanje na prostem ponoči.
Številne aplikacije, ki jih je problematično ali nemogoče izvesti z uporabo vidne svetlobe, so izvedljive z uporabo SWIR. Pri slikanju v SWIR so vodna para, požarni dim, megla in nekateri materiali, kot je silicij, prozorni. Poleg tega je mogoče barve, ki so v vidnem delu videti skoraj enake, zlahka razlikovati s pomočjo SWIR.
Slikanje SWIR se uporablja za več namenov, kot so pregled elektronskih plošč in sončnih celic, pregled izdelkov, prepoznavanje in razvrščanje, nadzor, boj proti ponarejanju, nadzor kakovosti procesov in drugo.
3) Srednjevalovni infrardeči (MWIR)
Sistemi MWIR delujejo v območju od 3 do 5 mikronov. Pri odločanju med sistemi MWIR in LWIR je treba upoštevati več dejavnikov. Najprej je treba upoštevati lokalne atmosferske sestavine, kot sta vlaga in megla. Vlaga na sisteme MWIR manj vpliva kot na sisteme LWIR, zato so boljši za aplikacije, kot so obalni nadzor, nadzor ladijskega prometa ali zaščita pristanišča.
MWIR ima večji atmosferski prenos kot LWIR v večini podnebij. Zato je MWIR na splošno bolj priporočljiv za aplikacije nadzora zelo dolgega dosega, ki presegajo 10 km oddaljenost od objekta.
Poleg tega je MWIR tudi boljša možnost, če želite zaznati objekte z visoko temperaturo, kot so vozila, letala ali izstrelki. Na spodnji sliki lahko vidite, da so vroči izpušni oblaki bistveno bolj vidni pri MWIR kot pri LWIR.
4) Dolgovalovni infrardeči (LWIR)
Sistemi LWIR delujejo v območju od 8 do 14 mikronov. Prednostne so za aplikacije s predmeti s skoraj sobno temperaturo. Kamere LWIR so manj izpostavljene soncu in so zato boljše za uporabo na prostem. Običajno so to nehlajeni sistemi, ki uporabljajo mikrobolometre žariščnoravninskih nizov, čeprav obstajajo tudi hlajene kamere LWIR in uporabljajo detektorje živega srebra, kadmija in telura (MCT). Nasprotno pa večina kamer MWIR potrebuje hlajenje s tekočim dušikom ali hladilnikom s Stirlingovim ciklom.
Sistemi LWIR najdejo široko paleto aplikacij, kot so pregledovanje stavb in infrastrukture, odkrivanje napak, odkrivanje plina in drugo. Kamere LWIR so imele pomembno vlogo med pandemijo COVID-19, saj omogočajo hitro in natančno merjenje telesne temperature.
5) Vodnik za izbiro substratov IR
IR materiali imajo posebne lastnosti, ki jim omogočajo dobro delovanje v infrardečem spektru. IR taljeni silicijev dioksid, germanij, silicij, safir in cinkov sulfid/selenid, vsak ima moč za infrardeče aplikacije.
Cinkov selenid (ZnSe)
Cinkov selenid je svetlo rumena trdna spojina, ki jo sestavljata cink in selen. Ustvarja se s sintezo cinkovih hlapov in plina H2 Se, ki se tvorita v obliki plošč na grafitnem substratu. Znan je po nizki stopnji absorpcije in omogoča odlično uporabo CO2 laserjev.
| Optimalno območje prenosa | Idealne aplikacije |
| 0,6 - 16 μm | CO2 laserji ter termometrija in spektroskopija, leče, okna in sistemi FLIR |
germanij (Ge)
Germanij ima temno sivo dimljen videz z lomnim količnikom 4,024 in nizko optično disperzijo. Ima precejšnjo gostoto s trdoto po Knoopu (kg/mm2): 780,00, kar mu omogoča dobro delovanje pri terenski optiki v težkih pogojih.
| Optimalno območje prenosa | Idealne aplikacije |
| 2 - 16 μm | LWIR - MWIR Toplotno slikanje (pri prevleki AR), robustne optične situacije |
Silicij (S)
Silicij je modro-sivega videza z visoko toplotno zmogljivostjo, zaradi česar je idealen za laserska zrcala in silicijeve rezine za industrijo polprevodnikov. Ima lomni količnik 3,42. Silicijeve komponente se uporabljajo v elektronskih napravah, ker lahko električni tokovi tečejo skozi silicijeve prevodnike veliko hitreje v primerjavi z drugimi prevodniki, je manj gost kot Ge ali ZnSe. AR premaz je priporočljiv za večino aplikacij.
| Optimalno območje prenosa | Idealne aplikacije |
| 1,2 - 8 μm | MWIR, NIR slikanje, IR spektroskopija, detekcijski sistemi MWIR |
Cinkov sulfid (ZnS)
Cinkov sulfid je odlična izbira za infrardeče senzorje, saj dobro prepušča IR in vidni spekter. Običajno je stroškovno učinkovita izbira v primerjavi z drugimi IR materiali.
| Optimalno območje prenosa | Idealne aplikacije |
| 0,6 - 18 μm | LWIR - MWIR, vidni in srednjevalovni ali dolgovalovni infrardeči senzorji |
Vaša izbira podlage in protiodsevne prevleke bo odvisna od tega, katera valovna dolžina zahteva glavno prepustnost v vaši aplikaciji. Na primer, če oddajate IR svetlobo v območju MWIR, je lahko germanij dobra izbira. Za aplikacije NIR je lahko idealen safir.
Druge specifikacije, ki jih boste morda želeli upoštevati pri izbiri infrardeče optike, vključujejo toplotne lastnosti in lomni količnik. Toplotne lastnosti substrata kvantificirajo, kako ta reagira na toploto. Infrardeči optični elementi bodo pogosto izpostavljeni zelo različnim temperaturam. Nekatere IR aplikacije proizvajajo tudi veliko količino toplote. Če želite ugotoviti, ali je IR substrat primeren za vašo aplikacijo, boste želeli preveriti gradient indeksa in koeficient toplotnega raztezanja (CTE). Če ima substrat visok gradient indeksa, ima lahko podoptimalno optično zmogljivost, če se uporablja v termično hlapljivem okolju. Če ima visok CTE, se lahko zaradi velike spremembe temperature hitro razširi ali skrči. Materiali, ki se najpogosteje uporabljajo v infrardeči optiki, se zelo razlikujejo glede lomnega količnika. Germanij ima na primer lomni količnik 4,0003 v primerjavi z 1,413 za MgF. Razpoložljivost substratov s tem širokim razponom lomnega količnika daje dodatno prilagodljivost pri načrtovanju sistema. Disperzija IR materiala meri spremembo indeksa valovne dolžine glede na valovno dolžino ter kromatsko aberacijo ali ločitev valovne dolžine. Disperzija je kvantificirana obratno z Abbejevim številom, ki je opredeljeno kot razmerje med lomnim količnikom pri valovni dolžini d minus 1 in razliko med lomnim količnikom na črtah f in c. Če ima substrat Abbejevo število večje od 55, je manj disperziven in ga imenujemo kronski material. Bolj disperzivne substrate z Abbejevimi številkami, nižjimi od 55, imenujemo kremenovi materiali.
Infrardeče optične aplikacije
Infrardeča optika se uporablja na številnih področjih, od visokozmogljivih CO2 laserjev, ki delujejo pri 10,6 μm, do termalnih kamer za nočno opazovanje (pasova MWIR in LWIR) in IR slikanja. Pomembni so tudi v spektroskopiji, saj so prehodi, ki se uporabljajo pri identifikaciji številnih plinov v sledovih, v srednjem infrardečem območju. Proizvajamo lasersko linijsko optiko in infrardeče komponente, ki dobro delujejo na širokem območju valovnih dolžin, naša izkušena ekipa pa lahko zagotovi popolno podporo pri oblikovanju in svetovanje.
Paralight Optics uporablja vrsto naprednih tehnik obdelave, kot sta enotočkovno diamantno struženje in CNC poliranje, za izdelavo visoko preciznih optičnih leč iz silicija, germanija in cinkovega sulfida, ki se uporabljajo v kamerah MWIR in LWIR. Dosegamo lahko natančnost manj kot 0,5 fringe PV in hrapavost v območju manj kot 10 nm.
Za bolj poglobljene specifikacije si oglejte našekataloška optikaali pa nas kontaktirajte za več informacij.
Čas objave: 25. aprila 2023
