Список материалов для инфракрасного применения

Введение

За многие годы значение инфракрасных применений возросло. Инженерам и ученым часто требуются материалы, которые хорошо работают в инфракрасном свете. Давайте рассмотрим несколько классов материалов. У каждой группы есть свои сильные стороны.

Кристаллы фторидов (фторид кальция, фторид бария, фторид магния)

Фтористые кристаллы, такие как фторид кальция, фторид бария и фторид магния, используются во многих оптических системах. Их ключевым свойством является высокая прозрачность в инфракрасной области. Во многих случаях эти кристаллы предпочтительны для линз и окон в мощных лазерных системах. Например, фторид кальция хорошо работает в ближнем инфракрасном диапазоне от 0,15 до 8 микрон. Фторид бария может покрывать диапазон до 12 микрон. Фторид магния известен своей прочностью и легкостью в покрытии поверхностей. Эти свойства делают фтористые кристаллы популярными в таких областях, как космическая оптика и передовая спектроскопия.

Халькогенидные материалы (селенид цинка, сульфид цинка, германий)

Халькогенидные материалы, такие как селенид цинка, сульфид цинка и германий, обеспечивают превосходное пропускание в средней и дальней инфракрасной областях. Германий, например, используется в тепловидении благодаря эффективному пропусканию в диапазоне от 2 до 14 микрон. Сульфид и селенид цинка часто используются в инфракрасных окнах и куполах для систем наведения ракет или тепловизоров. Их нелинейно-оптические свойства также делают их полезными при преобразовании частоты лазера. Каждый из этих материалов имеет высокий коэффициент преломления и определенную полосу пропускания, которая очень хорошо подходит для определенных инфракрасных применений.

Оксидные материалы (сапфир, плавленый кварц, оксид иттрия)

Оксидные материалы хорошо известны своей стабильностью и долговечностью. Сапфир - фаворит для применения в условиях высоких нагрузок, где требуется прочность. Он обладает превосходной оптической чистотой от ультрафиолетового до среднего инфракрасного диапазона. Плавленый кварц - еще один распространенный оксид. Он известен своим низким тепловым расширением и способностью работать в широком диапазоне температур и длин волн. Оксид иттрия часто используется в высокотемпературных средах и демонстрирует полезное инфракрасное пропускание за пределами 3 микрон. Стабильность и оптическое качество этих оксидов делают их идеальными для использования в жестких условиях, в том числе в аэрокосмической отрасли.

Дополнительное чтение: Сапфировые, рубиновые и алюмооксидные подложки, как выбрать

Полупроводники для инфракрасного излучения (кремний, арсенид галлия, антимонид индия)

Полупроводниковые материалы, такие как кремний, арсенид галлия и антимонид индия, заняли особое место в инфракрасных технологиях. Кремний хорошо работает в ближнем инфракрасном диапазоне и широко используется в датчиках камер и коммуникационных устройствах. Арсенид галлия обеспечивает эффективное преобразование света и работу при высоких температурах, что делает его распространенным в космических приложениях. Антимонид индия - ключевой материал для длинноволновых инфракрасных детекторов, часто используемых в тепловизорах. Эти полупроводники обеспечивают оптимальный баланс электрических и оптических свойств для поддержки чувствительных инфракрасных приложений во многих современных устройствах.

Специальные стекла и композиты (халькогенидные стекла, стекла инфракрасного диапазона, полимерные композиты)

Специальные стекла и композиты дополняют список материалов, используемых для инфракрасных приложений. Халькогенидные стекла хорошо подходят для среднего и дальнего инфракрасного излучения. Они обладают высоким коэффициентом преломления и могут быть сформованы в сложные формы для линз и волокон. Стекло инфракрасного класса проходит специальную обработку для удаления примесей, поглощающих инфракрасное излучение. Такие стекла популярны для высокоточных оптических тестов и лазерных систем. Полимерные композиты, разработанные для использования в инфракрасном диапазоне, позволяют снизить вес при сохранении оптических характеристик. Эти материалы особенно полезны в носимой оптике и легких устройствах формирования изображений, где компактность и вес имеют решающее значение.

Применение в инфракрасном спектре

Выбор материала зависит от конкретного необходимого инфракрасного диапазона и среды, в которой будет работать устройство.

Фторидные кристаллы с их низким поглощением предпочтительны для ультрафиолетовых и коротковолновых инфракрасных устройств. Халькогенидные материалы отлично подходят для высококлассных систем медицинской визуализации, особенно в таких областях, как тепловое визирование и контроль качества. Оксидные материалы занимают прочное место в высоконагруженных и высокотемпературных средах, включая промышленную обработку и аэрокосмические приложения. Полупроводники - это строительные блоки для детекторов и датчиков как в потребительском, так и в специализированном оборудовании. Наконец, специальные стекла и композитные материалы обеспечивают гибкость при создании систем визуализации, зондирования и связи.

Каждый тип материала соответствует строгим критериям, установленным практикой оптической инженерии и соображениями стоимости. Для получения более подробного списка материалов и их сравнения, пожалуйста, обратитесь к Stanford Advanced Materials (SAM).

Часто задаваемые вопросы

F: Какой материал лучше всего подходит для тепловидения?
В: Антимонид индия очень часто используется для длинноволновой инфракрасной тепловизионной съемки.

F: Можно ли использовать кремний во всех инфракрасных диапазонах?
В: Кремний хорошо работает в ближнем инфракрасном диапазоне, но имеет ограничения в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне.

F: Почему плавленый кварц популярен в суровых условиях?
В: Плавленый кварц обладает низким тепловым расширением и высокой прочностью, что идеально подходит для жестких условий эксплуатации.