Mevcut termal kızılötesi malzemeler nelerdir?

2026,02,08

Termal kızılötesi malzeme görüntüleme tipik olarak 3-5 μ m'de orta kızılötesi (MWIR) görüntülemeyi ve 8-10 μ m'de uzak kızılötesi (LWIR) görüntülemeyi ifade eder. Bu bantlarda, odak görünür ışık yerine ısı kaynakları üzerinedir. Termal kızılötesi görüntülemenin, tahribatsız testler, aşırı ısınma veya bina ısı kaybının yerini yakalayabilen kızılötesi kameralar, tıbbi alanda ölçülebilen yerel vücut yüzey sıcaklıklarındaki farklılıklar gibi birçok farklı uygulaması vardır. Nükleer santrallerin soğutma sistemindeki ısı sızıntısı noktaları ve güvenlik koruması.

Görünür ışık sistemleri için birçok cam türü vardır, ancak MWIR ve LWIR bantlarında sadece çok sınırlı sayıda malzeme etkili bir şekilde kullanılabilir. Şekil 18.107, yaygın olarak kullanılan kızılötesi iletim malzemelerinin geçirgenliğini göstermektedir. Bu veriler, yüzeydeki yansıma kaybını içerir, böylece etkili bir antirefektif filmin uygulanmasından sonra nispeten yüksek bir geçirgenlik sağlar. MWIR ve LWIR bantlarında sadece çok sınırlı bir cam malzeme etkili bir şekilde kullanılabilir. Tablo 18.9, yaygın olarak kullanılan termal kızılötesi optik malzemeleri ve bunların ana özelliklerini listelemektedir. ABBE sabiti V (n1 λ- 1) /(n1 λ- nh λ) olarak tanımlanır, denklemde, NC λ kırılma indisi merkez dalga boyunda, n1 λ kısa dalga boyu kırılma indisidir, nh λ kırılma indisidir uzun dalga boyları.

Yaygın olarak kullanılan birkaç termal kızılötesi malzeme vardır:

Germanyum en yaygın kızılötesi malzemedir ve LWIR ve MWIR bantlarında kullanılabilir. LWIR bandında, akromatik çift lenslerde "taç plakası" veya pozitif lens; MWIR'de, akromatik çift lenslerde "çakmaktaşı" veya negatif lens. Bunun nedeni, iki bant arasındaki dağılım özelliklerindeki farktan kaynaklanmaktadır. MWIR bandında, Germanyum düşük emilim bandına çok yakındır, bu nedenle kırılma indisi hızlı bir şekilde değişir ve önemli bir dağılmaya yol açar. Bu, akromatik çift lenslerde negatif bir güç bileşeni olarak uygun hale getirir.

(1) Germanyum Malzemesi:

Germanyum en yaygın kızılötesi malzemedir ve LWIR ve MWIR bantlarında kullanılabilir. LWIR bandında, akromatik çift lenslerde "taç plakası" veya pozitif lens; MWIR'de, akromatik çift lenslerde "çakmaktaşı" veya negatif lens. Bunun nedeni, iki bant arasındaki dağılım özelliklerindeki farktan kaynaklanmaktadır. MWIR bandında, Germanyum düşük emilim bandına çok yakındır, bu nedenle kırılma indisi hızlı bir şekilde değişir ve önemli bir dağılmaya yol açar. Bu, akromatik çift lenslerde negatif bir güç bileşeni olarak uygun hale getirir.

Germanyum malzemelerinin iki önemli parametresi vardır: kırılma indisi ve dn/dt. Germanyumun kırılma indisi 4.0'dan biraz daha büyüktür, bu da sığ yüzeylerin makul ve azaltılması kolay olduğu anlamına gelir, bu da tasarım için faydalıdır. DN/DT parametresi, kırılma indisi ve sıcaklıktaki değişikliktir. Germanyumun DN/DT'si 0.000369c'dir. Bu, sıradan cam için DN/DT = 0.000360C büyük bir değerdir. Bu, genellikle bazı ısıtma teknikleri gerektiren sıcaklığa göre değişen büyük bir odak kaymasına neden olabilir (odak noktasının sıcaklığa göre telafisi).

Germanyum, tek veya polikristalin formda üretilen kristal bir malzemedir. Büyüme sürecine göre, tek kristal germanyum polikristalin germanyumdan daha pahalıdır. Polikristalin germanyumun kırılma indisi, esas olarak FPA görüntülemenin görüntü kalitesini etkileyebilen parçacık sınırındaki safsızlıklardan kaynaklanan yeterince düzgün değildir. Bu nedenle, tek kristal germanyum tercih edilen malzemedir. Yüksek sıcaklıklarda, Almanyum malzemeleri emici hale gelir ve geçirgenlik 200C'de sıfıra yaklaşır.

Kırılma indisi tek kristal germanyumun tekdüzelik olmayan katsayısı 0.00005 ~ 0.0001 iken, polikristalin germanyumununki 0.0001 ~ 0.00015'tir. Optik amaçlar için, genellikle ώ. Germanyumun direnç katsayısı CM'de belirtilmiştir ve tüm boşluğun direnç katsayısı 5-40 ώ'dir. CM genellikle kabul edilebilir. Şekil 18.109, sağda polikristalin bir alanı olan tipik bir germanyum boşluğunu göstermektedir. Tek kristal bölgedeki direnç katsayısının normal davrandığını ve yavaşça radyal olarak değiştiğini, polikristalin bölgedeki direnç katsayısının hızla değiştiğini lütfen unutmayın. Malzemeyi gözlemlemek için uygun bir kızılötesi kamera kullanılırsa, esas olarak parçacık sınırlarında yoğunlaşan örümcek ağlarına benzer garip dönen görüntüler görülebilir. Bu, sınırdaki uyarılmış safsızlıklardan kaynaklanmaktadır. Silikon ve diğer bazı kristal malzemelerin eksikliklerinden biri, onların kırılganlığı ve kırılganlığıdır.

Ba1aa10e86d2a03584f1764f4ce87b4 Jpg

(2) silikon malzeme
Silikon, Almanya'ya benzer kristal bir malzemedir. Esas olarak 3-5 μ m'lik MWIR bandında kullanılır ve LWIR bandında 8-12 μ m'dir. Silikonun kırılma indisi germanyumdan biraz daha düşüktür, ancak hala sapma kontrolünü kolaylaştıracak kadar büyüktür. Ek olarak, silikonun dağılması nispeten düşüktür. Silikon elmas tarafından döndürülebilir.
(3) çinko sülfür
Çinko sülfür, MWIR ve LWIR bantlarında yaygın olarak kullanılan bir malzemedir. Genellikle paslı sarı ve görünür ışığa yarı şeffaf görünür. Çinko sülfür üretmek için en yaygın sürece kimyasal buhar çökelmesi denir.
Sıcak presleme ile yapılan çinko sülfür, görünür ışığa şeffaf olabilir. Şeffaf çinko sülfür, görünür ışıktan LWIR bantlarına çok spektrumlu pencereler ve lensler üretmek için kullanılabilir.
(4) Çinko Selenid
Çinko selenid, birçok açıdan çinko sülfüre benzer. Kırılma indisi çinko sülfürden biraz daha yüksekken, yapısı çinko sülfür kadar sağlam değildir. Bu nedenle, çevresel dayanıklılık nedenleri göz önüne alındığında, bazen ince bir çinko sülfür tabakası kalın bir çinko selenid substratı üzerine birikir. Çinko sülfürle karşılaştırıldığında, çinko selenidin en önemli avantajı son derece küçük absorpsiyon katsayısıdır, bu nedenle çinko selenid genellikle yüksek enerjili CO2 enerji sistemlerinde kullanılır.

(5) Magnezyum florür
Magnezyum florür de kristal bir malzemedir. Kristal malzemesi, spektral aralığı ultraviyole MWIR'ye iletebilir. Magnezyum florür, kristal büyüme veya "sıcak presleme" yöntemleri ile üretilebilir, bu da sütlü camsı malzemelerin oluşumuna neden olur. MWIR bandında iyi bir şanzımana sahiptir, ancak istenmeyen saçılmaya sahip olabilir, bu da aksine ve eksen dışı başıboş ışıkta bir azalmaya neden olur. Parçacıkların saçılması, dalga boyunun dördüncü gücü ile ters orantılıdır, bu nedenle görünür ışık altındaki sütlü görünüm 5'lik 1/16 oranında azalır.
C501545f8816da6744a0fe5efc53bb5 Jpg (6) Safir

Safir son derece sert bir malzemedir. Derin UV'den MWIR bantlarına ışık iletebilir. Safirin eşsiz bir özelliği, yüksek sıcaklıklarda düşük termal emisyonudur. Bu, malzemelerin yüksek sıcaklıklarda diğer malzemelerden daha az termal radyasyon yaydığı anlamına gelir. Safir, pencerelerden kızılötesi bant için uygun yüksek sıcaklıklara dayanan boşluk pencereleri oluşturmak için kullanılabilir. Safirin ana dezavantajı, sertliğinin optik işlemeyi zorlaştırmasıdır. Başka bir benzer malzemeye spinel denir. Spinel, sıcak preslenmiş safir ile benzerdir ve safir yerine kullanılabilir. Spinel taşları da yüksek dispersiyona sahiptir. Safir çift kırılma özelliklerine sahiptir ve kırılma indisi, olay polarizasyon yüzeyinin bir fonksiyonudur.

(7) Arsenik trisülfid

Arsenik trisülfid, MWIR ve LWIR bantlarında kullanılabilen bir malzemedir. Derin kırmızı bir görünüme sahiptir ve çok pahalıdır.

(8) Mevcut diğer malzemeler

Kalsiyum florür, baryum florür, sodyum florür, lityum florür ve potasyum bromür dahil olmak üzere birçok mevcut malzeme vardır. Bu malzemeler derin ultraviyole'den orta dalga kızılötesine kadar bantlarda kullanılabilir. Renk özellikleri onları, özellikle kızılöteden yakın kızılöteye ve hatta uzak kızılöteye kadar geniş spektral uygulamalar için oldukça çekici hale getirir. Bu malzemelerin birçoğunun istenmeyen özellikleri, özellikle higroskopiklik vardır. Nemden kaynaklanan hasardan kaçınmak için uygun kaplama gereklidir ve yapıları genellikle kuru azot gazı ile saflaştırmayı gerektirir.