硫属化物玻璃是红外技术新兴应用的基础

对高质量红外眼镜的新需求和日益增长的可用性使体彩排列3开奖结果设计更小,更轻且不需要内部冷却系统。

图1.放大镜,标准和白光干涉仪以及测试板用于深入检查宾夕法尼亚州杜利亚的肖特工厂制造的材料。
图1.放大镜,标准和白光干涉仪以及测试板用于深入检查宾夕法尼亚州杜利亚的肖特工厂制造的材料。

杰诺特·韦伯

几十年来 硫族化物红外(IR)眼镜 (硫族化物)被视为“异国情调”。对于依赖于红外波长的相当少量的应用程序,其他红外材料表现良好。结果,对硫族化物的需求非常有限。对材料的低需求将生产者限制在难以提供产品详细技术说明或可重复的,一致的结果的小型企业。结果是一种自我实现的预言:需求低意味着材料的可用性低,因此体彩排列3开奖结果设计人员和产品研究人员不愿尝试或测试硫族化物作为新产品的材料解决方案。

一系列新兴的潜在应用,以及对更小,更轻且不需要相对昂贵的内部冷却系统的IR设计的关注,对硫族化物玻璃产生了新的兴趣。随之而来的是新的需求,高质量材料的增加可用性以及硫属化物玻璃的更详尽的技术描述(见图1)。

使波长与应用匹配

为了开发应用程序,IR光谱通常分为三个光谱带: 短波(SWIR), 中波(MWIR)长波红外(LWIR)。每个频段都有优点和缺点,这使得某些应用程序比其他应用程序更适合。

SWIR(波长约1至3 µm)倾向于产生最清晰的图像,因为与可见光一样,光子也会被物体反射,吸收和散射,从而产生高分辨率所需的高对比度。处理SWIR的传感器往往非常昂贵。由于这些折衷,基于SWIR的应用程序通常集中在高价值领域,例如防伪,过程质量控制,医学成像和半导体制造。

MWIR应用程序(约3至5 µm)是检测温度突然波动并避免从大气条件散射的理想选择。 MWIR系统往往需要内部冷却,因此价格更高。 MWIR系统非常稀有,通常用于关键任务应用中,例如国防(识别战斗机的排气)和工业热成像。

LWIR(约8至14 µm)具有最广泛的应用范围,尤其是在民警领域。 LWIR摄像机主要用于高精度测量物体的表面温度分布;这样的系统即使在很远的距离或在完全黑暗的环境下也能使热辐射可见。 LWIR的图像分辨率可能会很差,但这并不会使LWIR在包括建筑物检查,热成像监视,个人夜视,消防员的搜救工具以及其他低成本未冷却系统等应用中不合格。

在过去的几年中,大多数红外系统的核心用途仅限于军事和工业领域。但是,在其他部门使用红外热像仪已成为一个普遍趋势。肖特(德国美因茨)看到了民用安全设备,商品级消费电子产品以及组织和企业用来防范COVID-19的非接触式红外温度计的潜力(见图2)。图2.抛光的球形预成型件用于精密模制用于IR摄像机系统的非球面透镜。由于全球大流行,目前对此类镜头和体彩排列3开奖结果系统的需求很大,非接触式温度计已用于确定人的体温以及是否需要对其进行进一步的病毒检测。图2.抛光的球形预成型件用于精密模制用于IR摄像机系统的非球面透镜。由于全球大流行,目前对此类镜头和体彩排列3开奖结果系统的需求很大,非接触式温度计已用于确定人的体温以及是否需要对其进行进一步的病毒检测。

但是,由于与SWIR和MWIR相关的冷却系统和处理器的成本很高,因此设计人员很有可能将重点放在LWIR系统上。幸运的是,LWIR应用非常适合不太复杂的体彩排列3开奖结果设计以及可以大量生产的材料。此外,这些材料可以相互结合以实现最佳成像性能。

使材料与应用匹配

红外热像仪设计中的第二个考虑因素是镜头系统中将使用的材料。对于红外成像系统,无论是夜视设备,红外热像仪,运动控制系统,高温计还是诊断设备,系统中使用的体彩排列3开奖结果材料必须满足非常特殊的要求。

许多玻璃材料,包括由苏打石灰制成的普通配方或在其他行业中使用的特种玻璃,对LWIR和MWIR都是不透明的。因此,它们不适合使用这些应用程序的应用程序。这种不透明性是由于玻璃基体的分子振动吸收了IR辐射而引起的,这与硅-氧键有关。硫族化物玻璃用金属或半金属(例如砷,锗,锑或镓)代替硅;氧气被硫,硒或碲取代(元素周期表中的硫属元素)。在制造硫族化物玻璃时,半金属与硫族元素混合。结果是可以成型并压制成最终形状的无定形结构。

硫族化物玻璃的成型和成型能力是一项重要的材料性能,与锗,硫化锌,硒化锌和硅基材料等更常见的IR材料形成鲜明对比。这些材料具有晶体结构,并且可以根据应用在SWIR,MWIR和LWIR波长下表现出色。这些材料必须以接近最终用户所需形状的形式生产,或者需要将它们研磨和抛光成最终形状,这是不适合大众市场生产的费时的过程。单点金刚石车削是对其中许多材料进行体彩排列3开奖结果制造的另一种方法。

这些IR材料确实具有一些优势。例如,锗透镜往往是类金刚石涂层的首选基材;另外,其高折射率倾向于使其自身具有较短的光路。硫化锌的透射范围非常广,从可见光谱到约19 µm。

由于未冷却的红外探测器领域的不断发展,对具有明确定义的热性能的材料存在持续的需求。

一种热特性是折射率的温度系数(dn / dT)。该性质描述了材料的折射率在相关温度范围内响应于热量而变化的程度。依赖于dn / dT较差的材料的系统需要以其他方式进行补偿(从而增加复杂度),以避免温度波动期间图像质量下降。锗和硅透镜的dn / dT特别差。另一方面,硫属化物在这方面提供了更好的性能。

第二种热特性是热膨胀系数(CTE),它描述了材料响应温度变化而膨胀或收缩的程度。红外眼镜的热膨胀系数与铝相匹配,例如,将透镜安装在铝环中要容易得多。为了便于比较,在相关温度范围内,锗的CTE为5.8×10-6/ K。对于铝,为23.1×10-6/ K;对于IRG 26玻璃来说是21.4×10-6 / K。

传统上,由于该材料难以加工并具有分散特性,因此诸如硫化锌和硒化锌之类的晶体无法用于色彩校正系统。但是使用硫族化物玻璃,现在可以使用包含这些晶体的色彩校正系统。

成像体彩排列3开奖结果的新要求

红外摄像机行业的持续创新为新应用铺平了道路。不断寻找能够以消费电子行业认为可口的价格提供高性能的材料,这意味着对成像体彩排列3开奖结果器件的要求不可避免地发生了变化。这不仅与技术和物理特性有关,而且与红外材料的成本和加工有关。

特性,例如在整个波长范围内的宽透射光谱(请参见图3),在不同温度下的稳定透射,在IR波长上的恒定色散以及低dn / dT是许多体彩排列3开奖结果设计人员所没有的产品开发的技术要求进入。作为回应,公司已经开始投资开发材料数据,工程师和体彩排列3开奖结果设计师可以评估这些数据以进行产品开发。图3.各种红外硫族化物玻璃的光谱透射率。图3.各种红外硫族化物玻璃的光谱透射率。

但是,为了能够向批量市场提供廉价的IR体彩排列3开奖结果器件,必须在组件制造领域切换到不同的制造工艺。与结晶体彩排列3开奖结果材料相比,硫属化物玻璃具有可提高经济可加工性的材料特性,从而能够经济高效地批量生产组件。

因此,红外眼镜可以为实现体彩排列3开奖结果系统中的创新解决方案做出重大贡献,从而可以为快速增长的红外技术领域提供服务。

杰诺·韦伯 现任德国美因茨肖特红外玻璃全球产品经理;电子邮件: gernot.weber@schott.com; www.schott.com

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