В обширной области современных оптических технологий инфракрасные материалы играют ключевую роль. Германий, кремний и селенид цинка благодаря своим уникальным оптическим и физическим свойствам стали краеугольными камнями для создания различных высокопроизводительных оптических компонентов и широко используются во многих аспектах от военной обороны до гражданской жизни.

Германий: "универсал" инфракрасной оптики

В качестве основного материала для оптических компонентов, таких как инфракрасные окна и инфракрасные линзы, монокристаллы германия являются основой области инфракрасной оптики. В военных применениях более 60% инфракрасных оптических линз низкого и среднего класса и 50% инфракрасных оптических линз высокого класса изготовлены из монокристаллов германия. В инфракрасных объективах военной техники, такой как бортовая, корабельная, дорожная и автомобильная, германиевые линзы обеспечивают четкое "зрение" для точного обнаружения целей с их чрезвычайно высоким коэффициентом пропускания в инфракрасном диапазоне (но без коэффициента пропускания в диапазоне видимого света). Например, на вертолетах большое количество германиевых инфракрасных окон используется для помощи пилотам в безопасном полете и точном выполнении задач в сложных погодных и ночных условиях.

В гражданской сфере германий также демонстрирует свое мастерство. В различных тепловизорах наблюдения и устройствах помощи водителю в ночное время германиевые оптические компоненты могут остро улавливать инфракрасное излучение, испускаемое объектами, и преобразовывать его в четкие тепловые изображения, тем самым защищая жизнь и имущество людей в области безопасности и повышая безопасность вождения в ночное время на гражданских транспортных средствах. Кроме того, германий обладает более высокой мобильностью электронов и дырок, чем кремний, и имеет отличные характеристики в высокоскоростных коммутационных схемах, а также открыл новые области применения в инфракрасных устройствах, детекторах гамма-излучения и т. д.

Silicon: "мощный игрок" с экономической эффективностью и производительностью

Кремний завоевал широкое признание в области инфракрасной оптики за отличную экономичность и уникальную производительность. Как распространенный материал инфракрасного фильтра, кремний обладает хорошей пропускаемостью в ближней инфракрасной (NIR) области 1.2-7мкм, особенно в диапазоне 3-5 мкм. Его плотность составляет всего 2,33 г / см3, что примерно вдвое меньше, чем у германия или селенида цинка. Эта низкая плотность делает кремниевые фильтры лучшим выбором для чувствительных к весу приложений. Например, в некоторых портативных инфракрасных устройствах формирования изображений, которые имеют строгие требования к весу оборудования, использование кремниевых материалов может не только обеспечить эффективную передачу инфракрасного света, но и снизить общий вес оборудования и улучшить переносимость.

В то же время кремний обладает хорошими механическими свойствами и химической стабильностью, а также относительно дешев, что делает кремниевые фильтры широко используемыми в оптических устройствах, связанных со средним и дальним инфракрасным излучением, таких как инфракрасные спектрометры, инфракрасные системы визуализации и лазерные системы. В области инфракрасной визуализации кремниевые фильтры могут эффективно пропускать инфракрасный свет определенного диапазона, обеспечивая четкие сигналы для визуализации. В спектральном анализе это помогает исследователям точно анализировать инфракрасные спектральные характеристики веществ и исследовать структуру и состав веществ.

Селенид цинка: "любимец" мощных лазеров и тепловизоров

Селенид цинка представляет собой составной полупроводниковый материал II-VI, состоящий из селена и цинка, который уникален в инфракрасной оптике. При длине волны 10,6 мкм селенид цинка обладает очень малым поглощением, что делает его предпочтительным материалом для изготовления оптических устройств в мощных лазерных системах CO2. Он обладает высокой устойчивостью к тепловому удару. В мощных лазерных системах CO2, независимо от того, используется ли он в качестве базового материала отражателей, светоделителей или выходных соединительных окон и расширителей луча, селенид цинка может стабильно работать, обеспечивая эффективную передачу и точный контроль лазерной энергии.

В области тепловидения и инфракрасной визуализации селенид цинка имеет высокий коэффициент пропускания в диапазоне 600 нм - 16 мкм, что делает его играющим ключевую роль в тепловизионной диагностике медицинских систем, инфракрасном обнаружении промышленного оборудования и инфракрасном мониторинге в области безопасности. Например, в медицинской теплографии оптические элементы селенида цинка могут четко представлять распределение тепла в организме человека и помогать врачам точно диагностировать заболевания; при мониторинге безопасности он может остро фиксировать различия инфракрасного излучения объектов в темных средах и предоставлять персоналу службы безопасности четкие изображения мониторинга.

С постоянным развитием науки и техники применение селенида германия, кремния и цинка в инфракрасных оптических компонентах будет продолжать расширяться и углубляться, обеспечивая непрерывную энергию для людей, чтобы исследовать более широкий инфракрасный мир и улучшать качество жизни.