1) Введення в інфрачервону оптику
Інфрачервона оптика використовується для збору, фокусування або колімації світла в діапазоні довжин хвиль від 760 до 14 000 нм. Ця частина ІЧ-випромінювання далі поділяється на чотири різні спектральні діапазони:
| Близький інфрачервоний діапазон (NIR) | 700 – 900 нм |
| Короткохвильовий інфрачервоний діапазон (SWIR) | 900 – 2300 нм |
| Середньохвильовий інфрачервоний діапазон (MWIR) | 3000 – 5000 нм |
| Довгохвильовий інфрачервоний діапазон (LWIR) | 8000 – 14000 нм |
2) Короткохвильове інфрачервоне випромінювання (SWIR)
Застосування SWIR охоплюють діапазон від 900 до 2300 нм. На відміну від MWIR та LWIR світла, яке випромінює сам об’єкт, SWIR нагадує видиме світло в тому сенсі, що фотони відбиваються або поглинаються об’єктом, таким чином забезпечуючи необхідний контраст для зображення високої роздільної здатності. Природні джерела світла, такі як навколишнє початкове світло та фонове сяйво (так відоме як нічне світіння), є такими випромінювачами SWIR і забезпечують чудове освітлення для знімання зображень поза приміщенням уночі.
Ряд додатків, які проблематично або неможливо виконати за допомогою видимого світла, можна реалізувати за допомогою SWIR. Під час отримання зображень у SWIR водяна пара, дим від вогню, туман і деякі матеріали, наприклад кремній, є прозорими. Крім того, за допомогою SWIR можна легко розрізнити кольори, які здаються майже ідентичними у видимій області екрана.
Зображення SWIR використовується для багатьох цілей, таких як перевірка електронних плат і сонячних елементів, перевірка продукції, ідентифікація та сортування, спостереження, боротьба з підробками, контроль якості процесу тощо.
3) Середньохвильовий інфрачервоний (MWIR)
Системи MWIR працюють в діапазоні від 3 до 5 мікрон. Вибираючи між системами MWIR і LWIR, необхідно брати до уваги кілька факторів. По-перше, необхідно враховувати місцеві складові атмосфери, такі як вологість і туман. Системи MWIR менш схильні до впливу вологості, ніж системи LWIR, тому вони кращі для таких застосувань, як прибережне спостереження, спостереження за рухом суден або охорона гавані.
MWIR має більшу атмосферну передачу, ніж LWIR у більшості кліматичних умов. Таким чином, MWIR, як правило, є кращим для застосування спостереження на дуже великій відстані, що перевищує 10 км від об’єкта.
Крім того, MWIR також є кращим варіантом, якщо ви хочете виявити об’єкти з високою температурою, такі як транспортні засоби, літаки чи ракети. На зображенні нижче можна побачити, що шлейфи гарячих вихлопних газів значно помітніші в MWIR, ніж у LWIR.
4) Довгохвильове інфрачервоне випромінювання (LWIR)
Системи LWIR працюють в діапазоні від 8 до 14 мікрон. Їм краще використовувати об’єкти з температурою близько кімнатної. Камери LWIR менш схильні до впливу сонця, тому їх краще використовувати на вулиці. Зазвичай це неохолоджувані системи, у яких використовуються мікроболометри з решітки фокальної площини, хоча також існують охолоджувані LWIR-камери, які використовують ртутно-кадмієво-телурові (MCT) детектори. Навпаки, більшість камер MWIR потребують охолодження за допомогою рідкого азоту або охолоджувача з циклом Стірлінга.
Системи LWIR знаходять широкий спектр застосувань, таких як перевірка будівель та інфраструктури, виявлення дефектів, виявлення газу тощо. Камери LWIR зіграли важливу роль під час пандемії COVID-19, оскільки вони дозволяють швидко й точно вимірювати температуру тіла.
5) Керівництво з вибору ІЧ-підкладок
ІЧ-матеріали мають відмінні властивості, які дозволяють їм добре працювати в інфрачервоному спектрі. ІЧ-плавлений кремнезем, германій, кремній, сапфір і сульфід/селенід цинку, кожен має переваги для застосування в інфрачервоному випромінюванні.
Селенід цинку (ZnSe)
Селенід цинку — світло-жовта тверда сполука, що складається з цинку та селену. Він створюється шляхом синтезу парів цинку та газу H2 Se, утворених у вигляді листів на графітовій підкладці. Він відомий своїм низьким рівнем поглинання, що дозволяє чудово використовувати CO2-лазери.
| Оптимальна дальність передачі | Ідеальні програми |
| 0,6 - 16 мкм | CO2-лазери, термометрія та спектроскопія, лінзи, вікна та системи FLIR |
Германій (Ge)
Германій має темно-сірий димчастий вигляд з показником заломлення 4,024 з низькою оптичною дисперсією. Він має значну щільність із твердістю за Кнупом (кг/мм2): 780,00, що дозволяє йому добре працювати для польової оптики в важких умовах.
| Оптимальна дальність передачі | Ідеальні програми |
| 2 - 16 мкм | LWIR - MWIR Тепловізор (якщо покриття AR), міцні оптичні ситуації |
Кремній (S)
Кремній має синьо-сірий вигляд із високою теплоємністю, що робить його ідеальним для лазерних дзеркал і кремнієвих пластин для напівпровідникової промисловості. Він має показник заломлення 3,42. Кремнієві компоненти використовуються в електронних пристроях тому, що його електричні струми можуть проходити через кремнієві провідники набагато швидше порівняно з іншими провідниками, він менш щільний, ніж Ge або ZnSe. AR-покриття рекомендовано для більшості застосувань.
| Оптимальна дальність передачі | Ідеальні програми |
| 1,2 - 8 мкм | MWIR, NIR візуалізація, ІЧ спектроскопія, MWIR системи виявлення |
Сульфід цинку (ZnS)
Сульфід цинку є чудовим вибором для інфрачервоних датчиків, оскільки він добре пропускає ІЧ та видимий спектр. Як правило, це економічно ефективний вибір порівняно з іншими інфрачервоними матеріалами.
| Оптимальна дальність передачі | Ідеальні програми |
| 0,6 - 18 мкм | LWIR - MWIR, видимі та середньохвильові або довгохвильові інфрачервоні датчики |
Ваш вибір підкладки та покриття проти відблиску залежатиме від того, яка довжина хвилі вимагає основного пропускання у вашому застосуванні. Наприклад, якщо ви пропускаєте ІЧ-світло в діапазоні MWIR, германій може бути хорошим вибором. Для застосування в ближньому інфрачервоному діапазоні сапфір може бути ідеальним.
Інші характеристики, які ви можете враховувати при виборі інфрачервоної оптики, включають теплові властивості та показник заломлення. Теплові властивості субстрату кількісно визначають, як він реагує на тепло. Часто інфрачервоні оптичні елементи піддаються впливу температур, що сильно змінюються. Деякі ІЧ-програми також виділяють велику кількість тепла. Щоб визначити, чи підходить інфрачервона підкладка для вашого застосування, ви захочете перевірити градієнт індексу та коефіцієнт теплового розширення (КТР). Якщо дана підкладка має високий градієнт індексу, вона може мати неоптимальні оптичні характеристики при використанні в термічно нестабільних умовах. Якщо він має високий КТР, він може розширюватися або стискатися з високою швидкістю внаслідок значної зміни температури. Матеріали, які найчастіше використовуються в інфрачервоній оптиці, сильно відрізняються за показником заломлення. Германій, наприклад, має показник заломлення 4,0003 у порівнянні з 1,413 для MgF. Доступність підкладок із таким широким діапазоном показника заломлення надає додаткову гнучкість у проектуванні системи. Дисперсія ІЧ-матеріалу вимірює зміну індексу довжини хвилі відносно довжини хвилі, а також хроматичну аберацію або поділ довжини хвилі. Дисперсія кількісно визначається, навпаки, числом Аббе, яке визначається як відношення показника заломлення на довжині хвилі d мінус 1 до різниці між показником заломлення на лініях f і c. Якщо підкладка має число Аббе більше 55, вона є менш дисперсійною, і ми називаємо її коронним матеріалом. Більш дисперсійні підкладки з числом Аббе нижче 55 називаються крем’яними матеріалами.
Інфрачервона оптика
Інфрачервона оптика має застосування в багатьох галузях, від високопотужних СО2-лазерів, які працюють на 10,6 мкм, до тепловізійних камер нічного бачення (діапазони MWIR та LWIR) та ІЧ-зображення. Вони також важливі в спектроскопії, оскільки переходи, які використовуються для ідентифікації багатьох слідів газів, знаходяться в середньому інфрачервоному діапазоні. Ми виробляємо лінійну лазерну оптику, а також інфрачервоні компоненти, які добре працюють у широкому діапазоні довжин хвиль, і наша досвідчена команда може надати повну підтримку проектування та консультації.
Paralight Optics використовує низку передових методів обробки, таких як одноточкове алмазне обточування та полірування з ЧПК, для виробництва високоточних оптичних лінз із кремнію, германію та сульфіду цинку, які знаходять застосування в камерах MWIR та LWIR. Ми можемо досягти точності менше ніж 0,5 смуги PV і шорсткості в діапазоні менше ніж 10 нм.
Щоб отримати детальнішу специфікацію, перегляньте нашкаталог оптикиабо зв’яжіться з нами для отримання додаткової інформації.
Час публікації: 25 квітня 2023 р
