Kızılötesi Optik Nedir?

1) Kızılötesi Optiğe Giriş

Kızılötesi Optikler, 760 ile 14.000 nm arasındaki dalga boyu aralığındaki ışığı toplamak, odaklamak veya yönlendirmek için kullanılır. IR radyasyonunun bu kısmı ayrıca dört farklı spektral aralığa bölünmüştür:

Yakın Kızılötesi aralığı (NIR)	700 – 900 nm
Kısa Dalga Kızılötesi aralığı (SWIR)	900 – 2300 nm
Orta Dalga Kızılötesi aralığı (MWIR)	3000 – 5000 nm
Uzun Dalga Kızılötesi aralığı (LWIR)	8000 – 14000 nm

2) Kısa Dalga Kızılötesi (SWIR)

SWIR uygulamaları 900 ila 2300 nm aralığını kapsar. Nesnenin kendisinden yayılan MWIR ve LWIR ışığının aksine SWIR, fotonların bir nesne tarafından yansıtılması veya soğurulması anlamında görünür ışığa benzer ve böylece yüksek çözünürlüklü görüntüleme için gerekli kontrastı sağlar. Ortamın başlangıç ışığı ve arka plan parlaklığı (gece parlaması olarak da bilinir) gibi doğal ışık kaynakları SWIR yayıcılardır ve geceleri dış mekan görüntülemesi için mükemmel aydınlatma sağlarlar.

Görünür ışık kullanılarak gerçekleştirilmesi sorunlu veya imkansız olan bir dizi uygulama, SWIR kullanılarak gerçekleştirilebilir. SWIR'de görüntüleme yapılırken su buharı, yangın dumanı, sis ve silikon gibi bazı malzemeler şeffaftır. Ayrıca görünürde hemen hemen aynı görünen renkler, SWIR kullanılarak kolayca ayırt edilebilir.

SWIR görüntüleme, elektronik kart ve güneş pili denetimi, ürün denetimi, tanımlama ve sınıflandırma, gözetim, sahteciliğe karşı koruma, süreç kalite kontrolü ve daha fazlası gibi birçok amaç için kullanılır.

3) Orta Dalga Kızılötesi (MWIR)

MWIR sistemleri 3 ila 5 mikron aralığında çalışır. MWIR ve LWIR sistemleri arasında karar verirken çeşitli faktörlerin dikkate alınması gerekir. Öncelikle nem ve sis gibi yerel atmosferik bileşenlerin dikkate alınması gerekir. MWIR sistemleri nemden LWIR sistemlerine göre daha az etkilenir, bu nedenle kıyı gözetimi, gemi trafiği gözetimi veya liman koruması gibi uygulamalar için üstündürler.

MWIR çoğu iklimde LWIR'den daha fazla atmosferik geçirgenliğe sahiptir. Bu nedenle MWIR genellikle nesneden 10 km mesafeyi aşan çok uzun mesafeli gözetleme uygulamalarında tercih edilmektedir.

Üstelik araç, uçak veya füze gibi yüksek sıcaklıktaki nesneleri tespit etmek istiyorsanız MWIR daha iyi bir seçenektir. Aşağıdaki resimde sıcak egzoz dumanlarının MWIR'de LWIR'e göre önemli ölçüde daha görünür olduğu görülebilir.

4) Uzun Dalga Kızılötesi (LWIR)

LWIR sistemleri 8 ila 14 mikron aralığında çalışır. Oda sıcaklığına yakın nesnelerin bulunduğu uygulamalarda tercih edilirler. LWIR kameralar güneşten daha az etkilenir ve bu nedenle dış mekanda kullanım için daha iyidir. Bunlar tipik olarak Odak Düzlemi Dizisi mikrobolometrelerini kullanan soğutmasız sistemlerdir, ancak soğutulmuş LWIR kameralar da mevcuttur ve Cıva Kadmiyum Tellür (MCT) dedektörlerini kullanırlar. Buna karşılık, MWIR kameraların çoğunluğu sıvı nitrojen veya Stirling döngüsü soğutucusu kullanılarak soğutma gerektirir.

LWIR sistemleri bina ve altyapı denetimi, kusur tespiti, gaz tespiti ve daha fazlası gibi çok sayıda uygulama alanı bulur. LWIR kameralar, hızlı ve doğru vücut ısısı ölçümüne olanak tanıdığı için COVID-19 salgını sırasında önemli bir rol oynadı.

5) IR Yüzeyleri Seçim Kılavuzu

IR malzemeleri, kızılötesi spektrumda iyi performans göstermelerine olanak tanıyan farklı özelliklere sahiptir. IR Erimiş Silika, Germanyum, Silikon, Safir ve Çinko Sülfür/Selenit'in her birinin kızılötesi uygulamalar için güçlü yönleri vardır.

Çinko Selenid (ZnSe)

Çinko selenit, çinko ve selenyumdan oluşan açık sarı, katı bir bileşiktir. Grafit substrat üzerinde tabakalar halinde oluşan Çinko buharı ve H2 Se gazının senteziyle oluşturulur. Düşük emme oranıyla bilinir ve bu, CO2 lazerleri için mükemmel kullanımlara olanak tanır.

Optimum İletim Aralığı	İdeal Uygulamalar
0,6 - 16μm	CO2 lazerleri ve termometri ve spektroskopi, lensler, pencereler ve FLIR sistemleri

Germanyum (Ge)

Germanium, düşük optik dağılıma sahip 4.024 kırılma indeksi ile koyu gri dumanlı bir görünüme sahiptir. Knoop Sertliği (kg/mm2): 780,00 ile kayda değer bir yoğunluğa sahiptir ve zorlu koşullarda saha optikleri için iyi performans göstermesine olanak tanır.

Optimum İletim Aralığı	İdeal Uygulamalar
2 - 16μm	LWIR - MWIR Termal görüntüleme (AR kaplandığında), dayanıklı optik durumlar

Silikon (S)

Silikon, yüksek termal kapasitesiyle mavi-gri bir görünüme sahiptir ve bu da onu yarı iletken endüstrisindeki lazer aynalar ve silikon plakalar için ideal kılar. Kırılma indeksi 3,42'dir. Silikon bileşenlerin elektronik cihazlarda kullanılmasının nedeni, elektrik akımlarının silikon iletkenlerden diğer iletkenlere göre çok daha hızlı geçebilmesidir, yoğunluğu Ge veya ZnSe'den daha azdır. Çoğu uygulama için AR kaplama önerilir.

Optimum İletim Aralığı	İdeal Uygulamalar
1,2 - 8μm	MWIR, NIR görüntüleme, IR spektroskopisi, MWIR tespit sistemleri

Çinko Sülfür (ZnS)

Çinko Sülfür, IR ve görünür spektrumda iyi ilettiği kızılötesi sensörler için mükemmel bir seçimdir. Tipik olarak diğer IR malzemelerine göre uygun maliyetli bir seçimdir.

Optimum İletim Aralığı	İdeal Uygulamalar
0,6 - 18μm	LWIR - MWIR, görünür ve orta dalga veya uzun dalga kızılötesi sensörler

Alt tabaka ve yansıma önleyici kaplama seçiminiz, uygulamanızda hangi dalga boyunun birincil geçirgenlik gerektirdiğine bağlı olacaktır. Örneğin, MWIR aralığında IR ışığı iletiyorsanız germanyum iyi bir seçim olabilir. NIR uygulamaları için safir ideal olabilir.

Kızılötesi optik seçiminde dikkate almak isteyebileceğiniz diğer özellikler arasında termal özellikler ve kırılma indeksi yer alır. Bir alt tabakanın termal özellikleri, onun ısıya nasıl tepki vereceğini belirler. Çoğu zaman, kızılötesi optik elemanlar çok çeşitli sıcaklıklara maruz kalacaktır. Bazı IR uygulamaları da büyük miktarda ısı üretir. Bir IR alt katmanının uygulamanız için uygun olup olmadığını belirlemek için indeks eğimini ve termal genleşme katsayısını (CTE) kontrol etmek isteyeceksiniz. Belirli bir alt tabakanın yüksek indeks gradyanı varsa, termal olarak uçucu bir ortamda kullanıldığında optimumun altında optik performansa sahip olabilir. Yüksek bir CTE'ye sahipse, sıcaklıktaki büyük bir değişiklik nedeniyle yüksek oranda genişleyebilir veya daralabilir. Kızılötesi optiklerde en sık kullanılan malzemeler kırılma indisi açısından büyük farklılıklar gösterir. Örneğin germanyumun kırılma indisi 4,0003 iken MgF'nin 1,413'tür. Bu geniş kırılma indeksi aralığına sahip alt tabakaların mevcudiyeti, sistem tasarımında ilave esneklik sağlar. Bir IR malzemesinin dispersiyonu, dalga boyuna göre dalga boyu indeksindeki değişikliğin yanı sıra renk sapmasını veya dalga boyunun ayrılmasını ölçer. Dispersiyon, f ve c çizgilerindeki kırılma indisi arasındaki farka göre d dalga boyundaki kırılma indisinin oranı eksi 1 olarak tanımlanan Abbe sayısıyla ters olarak ölçülür. Bir alt tabakanın Abbe numarası 55'ten büyükse, daha az dağıtıcıdır ve biz buna taç malzemesi diyoruz. Abbe sayıları 55'ten düşük olan daha fazla dağıtıcı alt tabakalara çakmaktaşı malzemeler denir.

Kızılötesi Optik Uygulamaları

Kızılötesi optiklerin, 10,6 μm'de çalışan yüksek güçlü CO2 lazerlerinden gece görüşlü termal görüntüleme kameralarına (MWIR ve LWIR bantları) ve IR görüntülemeye kadar birçok alanda uygulamaları vardır. Pek çok eser gazın tanımlanmasında kullanılan geçişler orta kızılötesi bölgede olduğundan, bunlar spektroskopide de önemlidir. Geniş bir dalga boyu aralığında iyi performans gösteren kızılötesi bileşenlerin yanı sıra lazer hattı optikleri de üretiyoruz ve deneyimli ekibimiz tam tasarım desteği ve danışmanlık sağlayabilir.

Paralight Optics, MWIR ve LWIR kameralarda uygulama alanı bulan Silikon, Germanyum ve Çinko Sülfürden yüksek hassasiyetli optik lensler üretmek için Tek Noktada Elmas Tornalama ve CNC parlatma gibi bir dizi gelişmiş işleme tekniği kullanıyor. 0,5 saçak PV'den daha düşük doğruluklara ve 10 nm'den daha düşük bir aralıkta pürüzlülüğe ulaşabiliyoruz.