红外和热光学材料的选择

光学材料的选择是红外光学设计中的关键环节。传统的光学材料(光学玻璃和塑料)在红外范围内的光吸收系数高，不适用于可见光辐射光学的设计。需要使用特殊材料，使红外光的吸收系数尽可能小。

合适的材料列表相对较少，可分为三组:

• 晶体和多晶光学材料;

• 半导体光学材料;

• 硫系光学材料(硫系玻璃)。

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晶体和多晶光学材料

晶体和多晶光学材料对红外辐射的透射率与对可见光辐射的透射率相同。这使得设计和生产多光谱光学器件成为可能。这种装置可以在红外线和可见光下工作，并进行微小的调整，其效率将是足够的。多光谱器件的组装和调整比红外器件简单，因为可以用可见光来控制这些操作。缺点是，许多这些材料包括氟化钡(BaF2)、氟化锂(LiF)、氯化银(AgCl)和氯化钠(NaCl)具有较低的机械强度和耐化学性。

第二个潜在的缺点是低折射率:它很少超过1.5。因此，必须使用额外的光学元件来实现所需的光学特性。这可能会增加光学系统及其制造的复杂性和成本

最适合生产的材料是晶体和多晶，如硒化锌(ZnSe)和硫化锌(ZnS)。如果这些材料是根据CVD(化学气相沉积)技术制造的，它们将获得最佳特性。

例如，氟化钡(BaF2)的一些光学特性如下图所示。

半导体光学材料

光学半导体材料的主要优点是折射率高，色散系数低。这使得光学系统的设计具有短焦距，而不需要校正色差。这减少了所需的光学元件的数量，从而降低了成本。

半导体光学材料吸收可见光，对红外辐射具有较高的吸收系数。通常，它随材料温度的升高而增加，从而降低了它们的透光率。有经验的设计师避免使用厚的元素，同时使用最少的元素以保持透光率。

包含半导体光学材料的光学器件由于不能使用可见光，因此很难组装和调整。这个过程需要特殊的方法和设备。

通常用于热光学生产的半导体光学材料有硅(Si)、锗(Ge)、碲化镉(CdTe)和砷化镓(GaAs)。

作为一个例子，下面看到锗(Ge)的一些光学特性。

硫系光学材料(硫系玻璃)

硫系玻璃具有良好的红外辐射带宽，但折射率低于半导体材料。

硫系玻璃的主要优点是折射率温度系数很低。这使得它们能够用于设计工作在非常宽的温度范围内的设备。然而，这些材料的成本相当高。一些硫系玻璃包括Amtir-1, IG6, BD2和GASIR-1。

下面以Amtir-1为例描述了一些光学特性。

想要了解更多?这篇文章提供了红外和热光学的概述