什么是红外光学？

1) 红外光学简介

红外光学器件用于收集、聚焦或准直 760 至 14,000 nm 波长范围内的光。这部分红外辐射进一步分为四个不同的光谱范围：

近红外范围 (NIR)	700 – 900 纳米
短波红外范围 (SWIR)	900 – 2300 纳米
中波红外范围 (MWIR)	3000 – 5000 纳米
长波红外范围 (LWIR)	8000 – 14000 纳米

2）短波红外（SWIR）

SWIR 应用涵盖 900 至 2300 nm 的范围。与从物体本身发射的中波红外和长波红外光不同，短波红外在光子被物体反射或吸收的意义上类似于可见光，从而为高分辨率成像提供必要的对比度。环境启动光和背景辐射（又称夜光）等自然光源就是短波红外发射器，可为夜间户外成像提供出色的照明。

使用短波红外 (SWIR) 可以实现许多使用可见光执行时存在问题或无法执行的应用。在短波红外成像中，水蒸气、火烟、雾和某些材料（例如硅）是透明的。此外，使用短波红外可以轻松区分可见光中几乎相同的颜色。

SWIR 成像可用于多种用途，例如电子板和太阳能电池检查、产品检查、识别和分类、监视、防伪、过程质量控制等。

3）中波红外（MWIR）

MWIR 系统在 3 至 5 微米范围内工作。在中波红外和长波红外系统之间做出选择时，必须考虑几个因素。首先，必须考虑当地的大气成分，例如湿度和雾。中波红外系统比长波红外系统受湿度影响更小，因此更适合沿海监视、船舶交通监视或港口保护等应用。

在大多数气候条件下，中波红外比长波红外具有更强的大气传输能力。因此，MWIR 通常更适合距离物体超过 10 公里的远距离监视应用。

此外，如果您想检测车辆、飞机或导弹等高温物体，中波红外也是更好的选择。从下图中可以看出，中波红外中的热废气羽流比长波红外中的更明显。

4) 长波红外线 (LWIR)

LWIR 系统的工作波长范围为 8 至 14 微米。它们是接近室温物体的应用的首选。长波红外相机受阳光的影响较小，因此更适合户外操作。它们通常是利用焦平面阵列微测辐射热计的非冷却系统，尽管也存在冷却式长波红外相机，并且它们使用汞镉碲 (MCT) 探测器。相比之下，大多数中波红外相机需要使用液氮或斯特林循环冷却器进行冷却。

长波红外系统有着广泛的应用，例如建筑物和基础设施的检查、缺陷检测、气体检测等。长波红外相机在 COVID-19 大流行期间发挥了重要作用，因为它们可以快速准确地测量体温。

5) 红外基板选择指南

红外材料具有独特的特性，使其在红外光谱中表现良好。红外熔融石英、锗、硅、蓝宝石和硫化锌/硒化物，每种材料都具有红外应用的优势。

硒化锌 (ZnSe)

硒化锌是一种浅黄色固体化合物，含有锌和硒。它是通过合成锌蒸气和 H2 Se 气体而产生的，在石墨基材上形成片状。它以其低吸收率而闻名，这使得 CO2 激光器具有出色的用途。

最佳传输范围	理想的应用
0.6 - 16μm	CO2 激光器、测温和光谱、透镜、窗口和 FLIR 系统

锗 (Ge)

锗具有深灰色烟熏外观，折射率为 4.024，光学色散低。它具有相当大的密度，努氏硬度 (kg/mm2)：780.00，使其在恶劣条件下的现场光学器件中表现良好。

最佳传输范围	理想的应用
2 - 16μm	LWIR - MWIR 热成像（镀有增透膜时）、恶劣的光学环境

硅（S）

硅具有蓝灰色外观和高热容量，使其成为半导体行业激光镜和硅晶圆的理想材料。它的折射率为3.42。硅元件用于电子设备是因为与其他导体相比，它的电流可以更快地通过硅导体，而且它的密度比 Ge 或 ZnSe 低。建议大多数应用采用增透膜。

最佳传输范围	理想的应用
1.2 - 8μm	MWIR、NIR 成像、红外光谱、MWIR 检测系统

硫化锌 (ZnS)

硫化锌是红外传感器的绝佳选择，它在红外和可见光谱中传输良好。与其他红外材料相比，它通常是一种具有成本效益的选择。

最佳传输范围	理想的应用
0.6 - 18μm	LWIR - MWIR、可见光和中波或长波红外传感器

您对基材和抗反射涂层的选择将取决于您的应用中需要主要透射率的波长。例如，如果您要传输 MWIR 范围内的红外光，则锗可能是一个不错的选择。对于近红外应用，蓝宝石可能是理想的选择。

在选择红外光学器件时您可能需要考虑的其他规格包括热性能和折射率。基材的热特性量化了它对热的反应。通常，红外光学元件会暴露在变化很大的温度下。一些红外应用还会产生大量热量。要确定红外基板是否适合您的应用，您需要检查折射率梯度和热膨胀系数 (CTE)。如果给定的基材具有高折射率梯度，则当在热挥发性环境中使用时，其光学性能可能不理想。如果它具有高 CTE，则在温度发生较大变化时，它可能会以高速率膨胀或收缩。红外光学中最常用的材料的折射率差异很大。例如，锗的折射率为 4.0003，而氟化镁的折射率为 1.413。具有如此宽范围折射率的基板的可用性增加了系统设计的灵活性。红外材料的色散测量波长指数相对于波长的变化以及色差或波长间隔。色散是用阿贝数来量化的，阿贝数定义为 d 波长负 1 处的折射率与 f 线和 c 线处的折射率之差的比率。如果基材的阿贝数大于 55，则其色散较小，我们将其称为冠材料。阿贝数低于 55 的色散基材称为燧石材料。

红外光学应用

红外光学在许多领域都有应用，从工作波长为 10.6 μm 的高功率 CO2 激光器到夜视热成像相机（MWIR 和 LWIR 波段）和红外成像。它们在光谱学中也很重要，因为用于识别许多痕量气体的跃迁位于中红外区域。我们生产在很宽的波长范围内表现良好的激光线光学器件和红外元件，我们经验丰富的团队可以提供全面的设计支持和咨询。

Paralight Optics 使用单点金刚石车削和 CNC 抛光等一系列先进加工技术来生产硅、锗和硫化锌的高精度光学镜头，可应用于 MWIR 和 LWIR 相机。我们能够实现小于 0.5 条纹 PV 的精度和小于 10 nm 范围的粗糙度。