Existem muitos tipos de vidro disponíveis para sistemas de luz visíveis, mas apenas um número muito limitado de materiais pode ser efetivamente usado nas bandas MWIR e LWIR. A Figura 18.107 mostra a transmitância de materiais de transmissão infravermelha comumente usados. Esses dados incluem a perda de reflexão na superfície, resultando em uma transmitância relativamente alta após a aplicação de um filme anti -reflexivo eficiente. Apenas um tipo muito limitado de material de vidro pode ser efetivamente usado nas faixas MWIR e LWIR. A Tabela 18.9 lista os materiais ópticos infravermelhos térmicos comumente usados e suas principais características. A constante vs ABBE é definida como (n1 λ- 1) /(n1 λ- ns λ), na equação, λ λ Índice de refração no comprimento de onda central, n1 λ é o índice de refração de comprimento de onda curto, NH λ é o índice refrativo de comprimentos de onda longos.
Existem vários materiais infravermelhos térmicos comumente usados:
O germânio é o material infravermelho mais comum e pode ser usado nas bandas Lwir e Mwir. Na banda Lwir, é a "placa da coroa" ou lente positiva em lentes duplas acromáticas; Em Mwir, é a lente "Flint" ou negativa em lentes duplas acromáticas. Isso se deve à diferença nas características de dispersão entre as duas bandas. Na banda MWIR, o germânio está muito próximo de sua baixa banda de absorção, então seu índice de refração muda rapidamente, levando a uma dispersão significativa. Isso o torna adequado como um componente de potência negativo nas lentes duplas acromáticas.
(1) Material de germânio:
O germânio é o material infravermelho mais comum e pode ser usado nas bandas Lwir e Mwir. Na banda Lwir, é a "placa da coroa" ou lente positiva em lentes duplas acromáticas; Em Mwir, é a lente "Flint" ou negativa em lentes duplas acromáticas. Isso se deve à diferença nas características de dispersão entre as duas bandas. Na banda MWIR, o germânio está muito próximo de sua baixa banda de absorção, então seu índice de refração muda rapidamente, levando a uma dispersão significativa. Isso o torna adequado como um componente de potência negativo nas lentes duplas acromáticas.
Os materiais de germânio têm dois parâmetros importantes: Índice de Refração e DN/DT. O índice de refração do germânio é um pouco maior que 4,0, o que significa que as superfícies rasas são razoáveis e fáceis de reduzir as diferenças de fase, o que é benéfico para o design. O parâmetro dn/dt é a alteração no índice de refração e na temperatura. O dn/dt de germânio é 0,000369c. Este é um valor grande, dn/dt = 0,000360c para vidro comum. Isso pode causar uma grande mudança focal que varia com a temperatura, geralmente exigindo alguma técnica de aquecimento não (compensação do ponto focal em relação à temperatura).
O germânio é um material cristalino que é gerado em forma única ou policristalina. De acordo com o processo de crescimento, o único germânio de cristal é mais caro que o germânio policristalino. O índice de refração do germânio policristalino não é uniforme o suficiente, causado principalmente por impurezas no limite de partículas, o que pode afetar a qualidade da imagem da imagem FPA. Portanto, um único germânio de cristal é o material preferido. Em altas temperaturas, os materiais de germânio se tornam absorventes e a transmitância se aproxima de zero a 200 ° C.
O coeficiente de não uniformidade do índice de refração de um germânio de cristal único é de 0,00005 ~ 0,0001, enquanto o do germânio policristalino é de 0,0001 ~ 0,00015. Para fins ópticos, geralmente ώ. O coeficiente de resistência do germânio é especificado em CM, e o coeficiente de resistência de todo o espaço em branco é de 5-40 ώ. CM é geralmente aceitável. A Figura 18.109 mostra um branco típico de germânio com uma área policristalina à direita. Observe que o coeficiente de resistência na região de cristal único se comporta normalmente e lentamente muda radialmente, enquanto o coeficiente de resistência na região policristalina muda rapidamente. Se uma câmera infravermelha adequada for usada para observar o material, poderão ser vistas imagens estranhas de rodopiantes semelhantes às teias de aranha, que estão concentradas principalmente nos limites das partículas. Isso se deve às impurezas induzidas no limite. Uma das deficiências do silício e alguns outros materiais cristalinos é sua fragilidade e fragilidade.
(2) material de silício
O silício é um material cristalino semelhante ao germânio. É usado principalmente na banda MWIR de 3-5 μm, e há absorção na banda LWIR de 8-12 μm. O índice de refração do silício é um pouco menor que o do germânio, mas ainda é grande o suficiente para facilitar o controle de aberração. Além disso, a dispersão do silício é relativamente baixa. O silício pode ser girado por diamante.
(3) sulfeto de zinco
O sulfeto de zinco é um material comumente usado nas faixas MWIR e LWIR. Geralmente, aparece amarelo enferrujado e semi -transparente à luz visível. O processo mais comum para produzir sulfeto de zinco é chamado precipitação de vapor químico.
O sulfeto de zinco feito por prensagem a quente pode ser transparente à luz visível. O sulfeto de zinco transparente pode ser usado para fabricar janelas multiespectrais e lentes de luz visível a faixas LWIR.
(4) Seleneto de zinco
O seleneto de zinco é semelhante ao sulfeto de zinco em muitos aspectos. Seu índice de refração é um pouco maior que o sulfeto de zinco, enquanto sua estrutura não é tão resistente quanto o sulfeto de zinco. Portanto, considerando as razões de durabilidade ambiental, às vezes uma fina camada de sulfeto de zinco é depositada em um espesso substrato de seleneto de zinco. Comparado ao sulfeto de zinco, a vantagem mais significativa do seleneto de zinco é seu coeficiente de absorção extremamente pequeno, portanto, o seleneto de zinco é geralmente usado em sistemas de energia de CO2 de alta energia.
(5) fluoreto de magnésio
O fluoreto de magnésio também é um material cristalino. Seu material de cristal pode transmitir a faixa espectral de ultravioleta a mwir. O fluoreto de magnésio pode ser produzido pelo crescimento de cristais ou métodos de "prensagem a quente", resultando na formação de materiais vítreos leitosos. Ele tem uma boa transmissão na banda MWIR, mas pode ter dispersão indesejada, resultando em uma diminuição no contraste e na luz perdida do eixo. A dispersão das partículas é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda, de modo que a aparência leitosa sob luz visível diminuirá em 1/16 em 5um. 
(6) Sapphire
A safira é um material extremamente difícil. Ele pode transmitir luz das bandas UV profundo para MWIR. Uma característica única da safira é sua baixa emissividade térmica a altas temperaturas. Isso significa que os materiais emitem menos radiação térmica do que outros materiais a altas temperaturas. A safira pode ser usada para criar janelas de cavidade que suportam altas temperaturas, adequadas para banda infravermelha através do Windows. A principal desvantagem da safira é que sua dureza dificulta o processamento óptico. Outro material semelhante é chamado spinel. O espinélio é semelhante à safira pressionada a quente e pode ser usada como substituto da safira. As pedras espinélicas também têm alta dispersão. A safira possui características de birrefringência e seu índice de refração é uma função da superfície de polarização incidente.
(7) trissulfeto de arsênico
O trissulfeto de arsênico é um material que pode ser usado nas faixas Mwir e Lwir. Tem uma aparência vermelha profunda e é muito cara.
(8) outros materiais disponíveis
Existem muitos outros materiais disponíveis, incluindo fluoreto de cálcio, fluoreto de bário, fluoreto de sódio, fluoreto de lítio e brometo de potássio. Esses materiais podem ser usados nas bandas, do ultravioleta profundo a infravermelho de ondas médias. Suas características de cores os tornam altamente atraentes para aplicações espectrais amplas, especialmente do infravermelho próximo ao infravermelho médio e até do infravermelho. Muitos desses materiais têm algumas propriedades indesejáveis, especialmente a higroscopicidade. É necessário o revestimento adequado para evitar danos causados por umidade, e sua estrutura geralmente requer purificação com gás nitrogênio seco.
January 13, 2024
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