Шта је инфрацрвена оптика?

1) Увод у инфрацрвену оптику

Инфрацрвена оптика се користи за прикупљање, фокусирање или колимирање светлости у опсегу таласних дужина између 760 и 14.000 нм. Овај део ИР зрачења је даље подељен у четири различита спектрална опсега:

Блиски инфрацрвени опсег (НИР)	700 – 900 нм
Краткоталасни инфрацрвени опсег (СВИР)	900 – 2300 нм
Инфрацрвени опсег средњег таласа (МВИР)	3000 – 5000 нм
Дуготаласни инфрацрвени опсег (ЛВИР)	8000 – 14000 нм

2) Краткоталасни инфрацрвени (СВИР)

СВИР апликације покривају опсег од 900 до 2300 нм. За разлику од МВИР и ЛВИР светлости која се емитује из самог објекта, СВИР подсећа на видљиву светлост у смислу да се фотони рефлектују или апсорбују од објекта, чиме се обезбеђује неопходан контраст за снимање слике високе резолуције. Природни извори светлости као што су амбијентално почетно светло и позадинско зрачење (познато и као ноћни сјај) су такви емитери СВИР-а и пружају одлично осветљење за снимање на отвореном ноћу.

Бројне апликације које су проблематичне или немогуће извести помоћу видљиве светлости су изводљиве помоћу СВИР-а. Приликом снимања у СВИР-у, водена пара, дим ватре, магла и одређени материјали као што је силицијум су провидни. Поред тога, боје које изгледају скоро идентичне у видљивом делу могу се лако разликовати коришћењем СВИР-а.

СВИР снимање се користи за вишеструке сврхе као што су инспекција електронске плоче и соларних ћелија, инспекција производа, идентификација и сортирање, надзор, заштита од фалсификовања, контрола квалитета процеса и још много тога.

3) Средњоталасни инфрацрвени (МВИР)

МВИР системи раде у опсегу од 3 до 5 микрона. Приликом одлучивања између МВИР и ЛВИР система, потребно је узети у обзир неколико фактора. Прво, морају се узети у обзир локални атмосферски састојци као што су влажност и магла. МВИР системи су мање под утицајем влаге него ЛВИР системи, тако да су супериорни за апликације као што су надзор обале, надзор саобраћаја пловила или заштита луке.

МВИР има већи атмосферски пренос од ЛВИР у већини климатских подручја. Због тога је МВИР генерално пожељнији за апликације надзора веома великог домета које прелазе 10 км удаљености од објекта.

Штавише, МВИР је такође боља опција ако желите да откријете објекте високе температуре као што су возила, авиони или пројектили. На слици испод се може видети да су врели издувни праменови знатно видљивији у МВИР него у ЛВИР.

4) Дуготаласни инфрацрвени (ЛВИР)

ЛВИР системи раде у опсегу од 8 до 14 микрона. Пожељни су за апликације са објектима близу собне температуре. ЛВИР камере су мање изложене сунцу и стога су боље за рад на отвореном. То су типично нехлађени системи који користе микроболометре са жаришном равни, иако постоје и хлађене ЛВИР камере и користе детекторе Меркур кадмијум Телуријум (МЦТ). Насупрот томе, већина МВИР камера захтева хлађење, користећи или течни азот или хладњак са Стирлинговим циклусом.

ЛВИР системи налазе широк број примена као што су инспекција зграда и инфраструктуре, детекција кварова, детекција гаса и још много тога. ЛВИР камере су одиграле важну улогу током пандемије ЦОВИД-19 јер омогућавају брзо и прецизно мерење телесне температуре.

5) Водич за избор ИР подлога

ИР материјали имају различита својства која им омогућавају да добро раде у инфрацрвеном спектру. ИР фузионисани силицијум, германијум, силицијум, сафир и цинк сулфид/селенид, сваки има предности за инфрацрвене апликације.

Цинк селенид (ЗнСе)

Цинк селенид је светло жуто, чврсто једињење које садржи цинк и селен. Настаје синтезом паре цинка и гаса Х2Се, формирајући се као листови на графитној подлози. Познат је по ниској стопи апсорпције и што омогућава одличну употребу ЦО2 ласера.

Оптимални домет преноса	Идеалне апликације
0,6 - 16 μм	ЦО2 ласери и термометрија и спектроскопија, сочива, прозори и ФЛИР системи

германијум (Ге)

Германијум има тамно сиви димни изглед са индексом преламања од 4,024 са ниском оптичком дисперзијом. Има значајну густину са тврдоћом по Кноопу (кг/мм2): 780,00 што му омогућава да се добро понаша за теренску оптику у тешким условима.

Оптимални домет преноса	Идеалне апликације
2 - 16μм	ЛВИР - МВИР Термално снимање (када је премазано АР), тешке оптичке ситуације

силицијум (С)

Силицијум има плаво-сиви изглед са високим термичким капацитетом што га чини идеалним за ласерска огледала и силиконске плочице за индустрију полупроводника. Има индекс преламања од 3,42. Силицијумске компоненте се користе у електронским уређајима јер његове електричне струје могу да прођу кроз силицијумске проводнике много брже у поређењу са другим проводницима, мање је густоће од Ге или ЗнСе. АР премаз се препоручује за већину примена.

Оптимални домет преноса	Идеалне апликације
1,2 - 8 μм	МВИР, НИР сликање, ИР спектроскопија, МВИР системи за детекцију

цинк сулфид (ЗнС)

Цинк сулфид је одличан избор за инфрацрвене сензоре, добро преноси у ИЦ и видљивом спектру. Обично је исплатив избор у односу на друге ИР материјале.

Оптимални домет преноса	Идеалне апликације
0,6 - 18 μм	ЛВИР - МВИР, видљиви и средњеталасни или дуготаласни инфрацрвени сензори

Ваш избор подлоге и антирефлексног премаза зависиће од тога која таласна дужина захтева основну пропусност у вашој примени. На пример, ако емитујете ИР светло у МВИР опсегу, германијум може бити добар избор. За НИР апликације, сафир може бити идеалан.

Остале спецификације које бисте можда желели да узмете у обзир при избору инфрацрвене оптике укључују термичка својства и индекс преламања. Термичке особине супстрата квантификују како он реагује на топлоту. Често ће инфрацрвени оптички елементи бити изложени веома различитим температурама. Неке ИР апликације такође производе велику количину топлоте. Да бисте утврдили да ли је ИР подлога погодна за вашу примену, желећете да проверите индексни градијент и коефицијент топлотног ширења (ЦТЕ). Ако дати супстрат има висок градијент индекса, може имати субоптималне оптичке перформансе када се користи у термички нестабилном окружењу. Ако има висок ЦТЕ, може се проширити или скупити великом брзином с обзиром на велику промену температуре. Материјали који се најчешће користе у инфрацрвеној оптици увелико варирају у индексу преламања. Германијум, на пример, има индекс преламања од 4,0003, у поређењу са 1,413 за МгФ. Доступност супстрата са овим широким опсегом индекса преламања даје додатну флексибилност у дизајну система. Дисперзија ИР материјала мери промену индекса таласне дужине у односу на таласну дужину, као и хроматску аберацију, или раздвајање таласне дужине. Дисперзија је квантификована, обрнуто, са Аббеовим бројем, који је дефинисан као однос индекса преламања на таласној дужини д минус 1, у односу на разлику између индекса преламања на ф и ц линијама. Ако супстрат има Аббеов број већи од 55, он је мање дисперзиван и називамо га крунским материјалом. Дисперзивнији супстрати са Аббеовим бројем мањим од 55 називају се кремени материјали.

Апликације за инфрацрвену оптику

Инфрацрвена оптика има примену у многим областима, од ЦО2 ласера велике снаге, који раде на 10,6 μм, до ноћних термовизијских камера (МВИР и ЛВИР опсези) и ИЦ снимања. Они су такође важни у спектроскопији, пошто су прелази који се користе у идентификацији многих гасова у траговима у средњем инфрацрвеном региону. Производимо ласерску линијску оптику као и инфрацрвене компоненте које добро функционишу у широком опсегу таласних дужина, а наш искусни тим може да пружи потпуну подршку и консултације у дизајну.

Паралигхт Оптицс користи низ напредних техника обраде, као што је окретање дијаманата у једној тачки и ЦНЦ полирање за производњу високо прецизних оптичких сочива од силикона, германијума и цинк сулфида која налазе примену у МВИР и ЛВИР камерама. У могућности смо да постигнемо тачност мању од 0,5 ПВ ивица и храпавост у опсегу мањим од 10 нм.