1) Giới thiệu về Quang học hồng ngoại
Quang học hồng ngoại được sử dụng để thu thập, tập trung hoặc chuẩn trực ánh sáng trong phạm vi bước sóng từ 760 đến 14.000 nm. Phần bức xạ hồng ngoại này được chia thành bốn dải phổ khác nhau:
| Tầm hồng ngoại gần (NIR) | 700 – 900nm |
| Phạm vi hồng ngoại sóng ngắn (SWIR) | 900 – 2300nm |
| Dải hồng ngoại sóng giữa (MWIR) | 3000 – 5000nm |
| Dải hồng ngoại sóng dài (LWIR) | 8000 – 14000nm |
2) Hồng ngoại sóng ngắn (SWIR)
Các ứng dụng SWIR bao phủ phạm vi từ 900 đến 2300 nm. Không giống như ánh sáng MWIR và LWIR được phát ra từ chính vật thể, SWIR giống ánh sáng khả kiến ở chỗ các photon được phản xạ hoặc hấp thụ bởi vật thể, do đó cung cấp độ tương phản cần thiết cho hình ảnh có độ phân giải cao. Các nguồn ánh sáng tự nhiên như ánh sáng ban đầu xung quanh và ánh sáng nền (hay còn gọi là ánh sáng ban đêm) là những nguồn phát SWIR như vậy và mang lại ánh sáng tuyệt vời để chụp ảnh ngoài trời vào ban đêm.
Một số ứng dụng gặp khó khăn hoặc không thể thực hiện bằng ánh sáng khả kiến đều khả thi khi sử dụng SWIR. Khi chụp ảnh trong SWIR, hơi nước, khói lửa, sương mù và một số vật liệu nhất định như silicon đều trong suốt. Ngoài ra, các màu xuất hiện gần giống nhau trong hình ảnh có thể dễ dàng phân biệt bằng SWIR.
Hình ảnh SWIR được sử dụng cho nhiều mục đích như kiểm tra bảng điện tử và pin mặt trời, kiểm tra sản phẩm, nhận dạng và phân loại, giám sát, chống hàng giả, kiểm soát chất lượng quy trình, v.v.
3) Hồng ngoại sóng giữa (MWIR)
Hệ thống MWIR hoạt động trong phạm vi 3 đến 5 micron. Khi quyết định giữa hệ thống MWIR và LWIR, người ta phải tính đến một số yếu tố. Đầu tiên, các thành phần khí quyển địa phương như độ ẩm và sương mù phải được xem xét. Hệ thống MWIR ít bị ảnh hưởng bởi độ ẩm hơn hệ thống LWIR, vì vậy chúng vượt trội hơn cho các ứng dụng như giám sát ven biển, giám sát giao thông tàu hoặc bảo vệ bến cảng.
MWIR có khả năng truyền khí quyển lớn hơn LWIR ở hầu hết các vùng khí hậu. Do đó, MWIR thường thích hợp hơn cho các ứng dụng giám sát tầm xa vượt quá khoảng cách 10 km từ vật thể.
Hơn nữa, MWIR cũng là một lựa chọn tốt hơn nếu bạn muốn phát hiện các vật thể có nhiệt độ cao như xe cộ, máy bay hay tên lửa. Trong hình ảnh bên dưới, người ta có thể thấy rằng các luồng khí thải nóng có thể nhìn thấy rõ hơn ở MWIR so với ở LWIR.
4) Hồng ngoại sóng dài (LWIR)
Hệ thống LWIR hoạt động trong phạm vi 8 đến 14 micron. Chúng được ưu tiên cho các ứng dụng có vật thể ở nhiệt độ gần phòng. Camera LWIR ít bị ảnh hưởng bởi ánh nắng mặt trời và do đó hoạt động ngoài trời tốt hơn. Chúng thường là các hệ thống không được làm mát bằng cách sử dụng máy đo nhiệt độ vi mô Focal Plane Array, mặc dù máy ảnh LWIR được làm mát cũng tồn tại và chúng sử dụng máy dò Mercury Cadmium Tellurium (MCT). Ngược lại, phần lớn camera MWIR yêu cầu làm mát bằng cách sử dụng nitơ lỏng hoặc bộ làm mát theo chu trình Stirling.
Hệ thống LWIR có nhiều ứng dụng như kiểm tra tòa nhà và cơ sở hạ tầng, phát hiện khuyết tật, phát hiện khí, v.v. Camera LWIR đã đóng một vai trò quan trọng trong đại dịch COVID-19 vì chúng cho phép đo nhiệt độ cơ thể nhanh chóng và chính xác.
5) Hướng dẫn lựa chọn chất nền IR
Vật liệu IR có những đặc tính riêng biệt cho phép chúng hoạt động tốt trong phổ hồng ngoại. IR Fused Silica, Germanium, Silicon, Sapphire và Zinc Sulfide/Selenide, mỗi loại đều có thế mạnh cho các ứng dụng hồng ngoại.
Kẽm Selenua (ZnSe)
Kẽm selenua là một hợp chất rắn màu vàng nhạt bao gồm kẽm và selen. Nó được tạo ra bằng cách tổng hợp hơi Kẽm và khí H2 Se, tạo thành các tấm trên nền than chì. Nó được biết đến với tỷ lệ hấp thụ thấp và cho phép sử dụng tuyệt vời tia laser CO2.
| Phạm vi truyền tối ưu | Ứng dụng lý tưởng |
| 0,6 - 16μm | Laser CO2, nhiệt kế và quang phổ, thấu kính, cửa sổ và hệ thống FLIR |
Germani (Ge)
Germanium có dạng khói màu xám đen với chiết suất 4,024 và độ phân tán quang học thấp. Nó có mật độ đáng kể với Độ cứng Knoop (kg/mm2): 780,00 cho phép nó hoạt động tốt đối với quang học trường trong điều kiện gồ ghề.
| Phạm vi truyền tối ưu | Ứng dụng lý tưởng |
| 2 - 16μm | LWIR - MWIR Hình ảnh nhiệt (khi được phủ AR), các tình huống quang học chắc chắn |
Silicon (S)
Silicon có bề ngoài màu xanh xám với công suất nhiệt cao khiến nó trở nên lý tưởng làm gương laser và tấm silicon trong ngành công nghiệp bán dẫn. Nó có chiết suất là 3,42. Các thành phần silicon được sử dụng trong các thiết bị điện tử là do dòng điện của nó có thể truyền qua dây dẫn silicon nhanh hơn nhiều so với các dây dẫn khác, nó nhẹ hơn Ge hoặc ZnSe. Lớp phủ AR được khuyên dùng cho hầu hết các ứng dụng.
| Phạm vi truyền tối ưu | Ứng dụng lý tưởng |
| 1,2 - 8μm | MWIR, hình ảnh NIR, quang phổ hồng ngoại, hệ thống phát hiện MWIR |
Kẽm Sunfua (ZnS)
Zinc Sulfide là sự lựa chọn tuyệt vời cho các cảm biến hồng ngoại, nó truyền tốt trong phổ hồng ngoại và phổ khả kiến. Nó thường là sự lựa chọn hiệu quả về mặt chi phí so với các vật liệu IR khác.
| Phạm vi truyền tối ưu | Ứng dụng lý tưởng |
| 0,6 - 18μm | LWIR - MWIR, cảm biến hồng ngoại nhìn thấy và sóng giữa hoặc sóng dài |
Sự lựa chọn chất nền và lớp phủ chống phản chiếu của bạn sẽ phụ thuộc vào bước sóng nào yêu cầu độ truyền qua cao nhất trong ứng dụng của bạn. Ví dụ: nếu bạn đang truyền ánh sáng hồng ngoại trong phạm vi MWIR, germanium có thể là một lựa chọn tốt. Đối với các ứng dụng NIR, sapphire có thể là lý tưởng.
Các thông số kỹ thuật khác mà bạn có thể muốn xem xét khi lựa chọn ống kính quang học hồng ngoại bao gồm các đặc tính nhiệt và chỉ số khúc xạ. Các tính chất nhiệt của chất nền định lượng cách nó phản ứng với nhiệt. Thông thường, các phần tử quang học hồng ngoại sẽ tiếp xúc với nhiệt độ rất khác nhau. Một số ứng dụng IR cũng tạo ra một lượng nhiệt lớn. Để xác định xem chất nền IR có phù hợp với ứng dụng của bạn hay không, bạn sẽ muốn kiểm tra độ dốc chỉ số và hệ số giãn nở nhiệt (CTE). Nếu một chất nền nhất định có gradient chỉ số cao thì nó có thể có hiệu suất quang học dưới mức tối ưu khi được sử dụng trong môi trường dễ bay hơi về nhiệt. Nếu nó có CTE cao, nó có thể giãn nở hoặc co lại ở tốc độ cao khi nhiệt độ thay đổi lớn. Các vật liệu thường được sử dụng nhất trong quang học hồng ngoại có chiết suất rất khác nhau. Ví dụ, Germanium có chỉ số khúc xạ là 4,0003, so với 1,413 của MgF. Sự sẵn có của các chất nền có phạm vi chiết suất rộng này mang lại sự linh hoạt hơn trong thiết kế hệ thống. Sự phân tán của vật liệu IR đo lường sự thay đổi chỉ số bước sóng đối với bước sóng cũng như quang sai màu hoặc sự phân tách bước sóng. Sự tán sắc được định lượng ngược lại với số Abbe, được định nghĩa là tỉ số của chiết suất ở bước sóng d trừ 1, trên hiệu giữa chiết suất ở vạch f và c. Nếu chất nền có số Abbe lớn hơn 55 thì nó sẽ kém phân tán hơn và chúng tôi gọi nó là vật liệu vương miện. Chất nền phân tán hơn với số Abbe nhỏ hơn 55 được gọi là vật liệu đá lửa.
Ứng dụng quang học hồng ngoại
Quang học hồng ngoại có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ laser CO2 công suất cao, hoạt động ở bước sóng 10,6 μm, đến camera chụp ảnh nhiệt nhìn đêm (dải MWIR và LWIR) và chụp ảnh hồng ngoại. Chúng cũng quan trọng trong quang phổ, vì các chuyển tiếp được sử dụng để xác định nhiều loại khí vi lượng nằm trong vùng hồng ngoại trung bình. Chúng tôi sản xuất dây quang học laze cũng như các thành phần hồng ngoại hoạt động tốt trên phạm vi bước sóng rộng và đội ngũ giàu kinh nghiệm của chúng tôi có thể cung cấp hỗ trợ và tư vấn thiết kế đầy đủ.
Paralight Optics đang sử dụng một loạt các kỹ thuật xử lý tiên tiến như Tiện kim cương một điểm và đánh bóng CNC để sản xuất các thấu kính quang học có độ chính xác cao từ Silicon, Germanium và Zinc Sulfide có ứng dụng trong máy ảnh MWIR và LWIR. Chúng tôi có thể đạt được độ chính xác dưới 0,5 vân PV và độ nhám trong phạm vi dưới 10 nm.
Để biết thêm thông số kỹ thuật chuyên sâu, vui lòng xemdanh mục quang họchoặc vui lòng liên hệ với chúng tôi để biết thêm thông tin.
Thời gian đăng: 25-04-2023
