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红外材料
什么是红外材料？
在光学领域，传输能力在红外光谱0.750 μm -1000μm的光学材料被称为红外光学材料。在实际的光学应用中，使用的大多数红外材料都处于短波 (1.4 – 3μm) 到中波 (3 – 8μm) 红外区域这两个波段。常见的红外材料包括氟化钙、熔融石英、锗、氟化镁、蓝宝石、硅、硒化锌和硫化锌等，其中硅和锗最为常用。硅和锗的传输波长分别为 2-5μm 和 3.75-14μm。 与其他红外材料相比，硅的价格要便宜得多，而锗的价格较为昂贵。
近红外
NIR（近红外）波段的波长范围通常从0.75微米到1微米。NIR光谱的应用广泛，因为它对许多物质的吸收和反射都有敏感性，包括食品测试、农业、生物医学仪器和远程控制领域的应用，例如无人机或卫星的遥感。
短波红外
短红外波段，其波长范围大致在1至3微米（μm）之间，在医学成像中，特定的短波红外波段用于某些类型的照明和图像采集。同时，短波红外在光学通信和材料科学等领域也有着广泛的应用。
中波红外
中红外波段，它位于红外光谱中的中间部分，波长范围大致在3至8微米（μm）之间。 中波红外被广泛用于红外夜视仪、红外瞄准仪和其他军事感测设备。此外，在医学成像中，可以用于某些类型的热成像和组织分析。
近红外
长波红外波段从 8μ 延伸到 12μ，尽管某些分类将其进一步扩展到 14μ。这是户外热成像的红外波段选择，因为它对环境噪声不太敏感。长波红外广泛用于军事监视应用，可以从背景发射器获得出色的对比度。
熔融石英IR级基材几乎不含 OH 离子，在标准紫外级熔融石英吸收光的 2.7μm 波长“水带”区域具有出色的透射率。低 OH 含量 (<1 ppm) 将熔融石英的整体可用范围扩大到 3.6 微米。与其他熔融石英名称一样，IR 级也具有同样出色的均匀性、气泡特性、低热膨胀系数和耐化学性。
蓝宝石是一种极其坚硬的材料，因其机械强度、耐刮擦性和耐磨损性而成为最佳红外材料之一。 它可透射从从 150 nm 左右开始的紫外线 (UV)到MWIR波段的光，并且在 5 µm 左右的红外线中也表现良好。蓝宝石的一个独特特性是高温下很低的热发射率。这意味着高温下材料会发射比其他材料少的热辐射。可将蓝宝石用于制作经受高温的腔体窗口，适于红外波段通过窗口。蓝宝石的主要缺点在于材料成本，以及其出色的硬度造成光学加工的技术难度。
氟化镁是一种晶体材料，可以很好地传输紫外线到中波红外光谱带（0.1 至 7.0μm）。它在MWIR波段透射的情况良好，但可能会有不希望的散射，造成对比度的下降和离轴的杂散光。氟化镁成本相对较低；可用晶体生长或“热压”的方法制造，然而，它对热敏感，需要特殊的处理考虑。
氟化钙基材制作的光学器件非常适合各种紫外线 (UV)、可见光或红外线 (IR) 应用。其低折射率减少了对抗反射涂层的需求。其应用范围从热成像系统到准分子激光器，使其成为适用于紫外线 (UV) 到红外线 (IR) 频率的用途广泛的材料。
硫化锌是常用于MWIR和LWIR波段的材料，在 8 至 12μm 区域内表现最佳。它一般呈现锈黄色，对可见光半透明，生产硫化锌的最普通过程被称为化学汽相沉淀。虽然相对于 ZnSe 成本较低，但它不具有更长的传输范围。作为一种坚固而稳定的材料，硒化锌具有很高的抗颗粒磨损能力，使其成为飞机平台上红外窗口的理想解决方案。
硒化锌也是一种常见材料，可用于 0.45 至 21μm 的可见光和红外（MWIR 和 LWIR）。它是一种由锌和硒组成的浅黄色固体化合物。硒化锌在很多方面与硫化锌类似。它的折射率比硫化锌略高，而结构不如硫化锌牢固。因此，考虑到环境耐久性原因，有时将一薄层硫化锌沉淀到厚的硒化锌基底上。与硫化锌相比，硒化锌的最显著优点是它的吸收系数极小，所以硒化锌通常被用于高能CO2能够系统中。
锗是一种晶体材料，以单晶或多晶方式生成。根据生长过程，单晶锗比多晶锗更昂贵。多晶锗的折射率不够均匀，主要是由颗粒边界的杂质造成的，这些杂质会影响成像到FPA的像质。因此，单晶锗称为首选。在高温下，锗变得有吸收性，200℃时透射比接近零。
锗是一种灰色不透明晶体材料，也是最常用的红外材料之一。它是中波红外和长波红外波段夜视和热成像系统的最佳材料。锗传输在 8 至 12 µm 之间表现最佳。锗具有低光学色散和高折射率，这使其成为更宽视场镜头的理想解决方案。
硅是与锗很类似的晶体材料，主要用于消费电子产品中的微芯片，也广泛用于半导体行业。硅是成像、生物医学和军事应用中 3μm 至 5μm MWIR 光谱带的窗口和透镜的绝佳选择。硅光学器件比锗光学器件更耐热，因为在高于 100°C 的温度下操作锗器件会导致光学性能下降。硅的折射率比锗略低，但它仍然足够大，有利于像差的控制。另外，硅的色散也相对较低。硅可以被金刚石车削。
红外材料-比较表
基材材质
短波红外 0.9 - 2.7m
中波红外 3-5p
长波红外 7- 14u
MWIR-LWIR （多光谱） 3- 14p
眼镜
✓
✓
10“/5"/3"
10“/5"/3"
蓝宝石
✓
✓
10“/5"/3"
10“/5"/3"
锗
8X8X8
✓
✓
✓
硒化锌
✓
✓
✓
✓
硫化锌(MS)
✓
✓
✓
✓
氣化钙
✓
✓
10“/5"/3"
R> 90%
硅
8X8X8
✓
10“/5"/3"
10“/5"/3"
硫属化物 IRG26. IG6、 As 40 Se 60
8X8X8
✓
✓
R> 90%
红外材料供应清单
根据客户需求，语荻光电可以提供以下来自不同供应商的红外材料。 当然，如果您没有清单中看到所需的材料，请联系销售工程师，他们将很乐意讨论可能提供的其他选项。
厂商系列型号命名.PDF文件
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红外材料选择指南
光学材料的选择是红外光学设计的关键步骤。用于可见光辐射光学设计的传统光学材料（光学玻璃和塑料）由于其在红外范围内的光吸收系数较高，因此不适合。需要对红外光具有最小吸收系数的特殊材料。选择正确的红外材料时，需要考虑以下三个要求：
光学材料的选择是红外光学设计的关键步骤。用于可见光辐射光学设计的传统光学材料（光学玻璃和塑料）由于其在红外范围内的光吸收系数较高，因此不适合。需要对红外光具有最小吸收系数的特殊材料。选择正确的红外材料时，需要考虑以下三个要求：
不同的应用在红外光谱的不同区域内运行。根据现有波长，某些红外基板的性能会更好（图 4）。例如，如果系统要在中波红外波段运行，那么锗是比蓝宝石更好的选择，而蓝宝石在近红外波段表现良好。
红外材料的折射率变化远远大于可见光材料，从而允许系统设计有更多变化。与在整个可见光谱范围内工作良好的可见光材料（例如 N-BK7）不同，红外材料通常仅限于红外光谱内的一小段波段，特别是在应用抗反射涂层时。
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