Apa bahan inframerah termal yang tersedia?

November 04, 2023

Pencitraan material inframerah termal biasanya mengacu pada pencitraan inframerah tengah (MWIR) pada pencitraan 3-5 μ m dan inframerah jauh (LWIR) pada 8-10 μ m. Pada pita -pita ini, fokusnya adalah pada sumber panas daripada cahaya yang terlihat. Ada banyak aplikasi yang berbeda dari pencitraan inframerah termal, seperti pengujian non-destruktif, kamera inframerah yang dapat menangkap lokasi peralatan yang terlalu panas atau membangun kehilangan panas, perbedaan dalam suhu permukaan tubuh lokal yang dapat diukur dalam bidang medis, identifikasi cepat dari titik kebocoran panas dalam sistem pendingin pembangkit listrik tenaga nuklir, dan perlindungan keselamatan.

Ada banyak jenis kaca yang tersedia untuk sistem cahaya yang terlihat, tetapi hanya sejumlah bahan yang sangat terbatas yang dapat digunakan secara efektif dalam pita MWIR dan LWIR. Gambar 18.107 menunjukkan transmitansi bahan transmisi inframerah yang umum digunakan. Data ini termasuk kehilangan refleksi pada permukaan, sehingga menghasilkan transmitansi yang relatif tinggi setelah penerapan film antireflektif yang efisien. Hanya jenis bahan kaca yang sangat terbatas yang dapat digunakan secara efektif di pita MWIR dan LWIR. Tabel 18.9 daftar bahan optik inframerah termal yang umum digunakan dan karakteristik utamanya. Konstanta Abbe V didefinisikan sebagai (N1 λ- 1) /(N1 λ-NH λ), dalam persamaan, indeks bias NC λ pada panjang gelombang tengah, N1 λ adalah indeks bias panjang gelombang pendek, NH λ adalah indeks bias panjang gelombang panjang.

Ada beberapa bahan inframerah termal yang umum digunakan:

Germanium adalah bahan inframerah yang paling umum dan dapat digunakan dalam band LWIR dan MWIR. Di pita LWIR, itu adalah "pelat mahkota" atau lensa positif dalam lensa ganda achromatic; Di MWIR, itu adalah lensa ganda "batu api" atau negatif dalam lensa ganda achromatic. Hal ini disebabkan oleh perbedaan karakteristik dispersi antara kedua band. Di pita MWIR, germanium sangat dekat dengan pita penyerapannya yang rendah, sehingga indeks biasnya berubah dengan cepat, yang mengarah ke dispersi yang signifikan. Ini membuatnya cocok sebagai komponen daya negatif dalam lensa ganda achromatic.

(1) Bahan germanium:

Germanium adalah bahan inframerah yang paling umum dan dapat digunakan dalam band LWIR dan MWIR. Di pita LWIR, itu adalah "pelat mahkota" atau lensa positif dalam lensa ganda achromatic; Di MWIR, itu adalah lensa ganda "batu api" atau negatif dalam lensa ganda achromatic. Hal ini disebabkan oleh perbedaan karakteristik dispersi antara kedua band. Di pita MWIR, germanium sangat dekat dengan pita penyerapannya yang rendah, sehingga indeks biasnya berubah dengan cepat, yang mengarah ke dispersi yang signifikan. Ini membuatnya cocok sebagai komponen daya negatif dalam lensa ganda achromatic.

Bahan germanium memiliki dua parameter penting: indeks bias dan dn/dt. Indeks bias germanium sedikit lebih besar dari 4.0, yang berarti bahwa permukaan dangkal masuk akal dan mudah untuk mengurangi perbedaan fase, yang bermanfaat untuk desain. Parameter DN/DT adalah perubahan indeks dan suhu bias. DN/DT germanium adalah 0,000369C. Ini adalah nilai besar, dn/dt = 0,000360c untuk kaca biasa. Hal ini dapat menyebabkan pergeseran fokus besar yang bervariasi dengan suhu, biasanya membutuhkan beberapa teknik non pemanasan (kompensasi titik fokus relatif terhadap suhu).

Germanium adalah bahan kristal yang dihasilkan dalam bentuk tunggal atau polikristalin. Menurut proses pertumbuhan, germanium kristal tunggal lebih mahal daripada germanium polikristalin. Indeks bias polikristalin germanium tidak cukup seragam, terutama disebabkan oleh kotoran pada batas partikel, yang dapat mempengaruhi kualitas gambar pencitraan FPA. Oleh karena itu, germanium kristal tunggal adalah bahan yang disukai. Pada suhu tinggi, bahan germanium menjadi penyerap, dan transmitansi mendekati nol pada 200C.

Indeks bias koefisien non-keragaman dari germanium kristal tunggal adalah 0,00005 ~ 0,0001, sedangkan germanium polikristalin adalah 0,0001 ~ 0,00015. Untuk tujuan optik, biasanya ώ. Koefisien resistansi germanium ditentukan dalam cm, dan koefisien resistensi seluruh kosong adalah 5-40 ώ. CM umumnya dapat diterima. Gambar 18.109 menunjukkan germanium khas yang kosong dengan area polikristalin di sebelah kanan. Harap dicatat bahwa koefisien resistensi di daerah kristal tunggal berperilaku normal dan perlahan berubah secara radial, sedangkan koefisien resistensi di daerah polikristalin berubah dengan cepat. Jika kamera inframerah yang sesuai digunakan untuk mengamati material, gambar berputar -putar aneh yang mirip dengan jaring laba -laba dapat dilihat, yang terutama terkonsentrasi pada batas partikel. Hal ini disebabkan oleh kotoran yang diinduksi di batas. Salah satu kekurangan silikon dan beberapa bahan kristal lainnya adalah kerapuhan dan kerapuhannya.

Ba1aa10e86d2a03584f1764f4ce87b4 Jpg

(2) Bahan silikon
Silikon adalah bahan kristal yang mirip dengan germanium. Ini terutama digunakan dalam pita MWIR 3-5 μ m, dan ada penyerapan dalam pita LWIR 8-12 μ m. Indeks bias silikon sedikit lebih rendah dari germanium, tetapi masih cukup besar untuk memfasilitasi kontrol penyimpangan. Selain itu, dispersi silikon relatif rendah. Silikon dapat diputar dengan berlian.
(3) seng sulfida
Seng sulfida adalah bahan yang umum digunakan di pita MWIR dan LWIR. Biasanya tampak kuning berkarat dan semi transparan ke cahaya yang terlihat. Proses yang paling umum untuk memproduksi seng sulfida disebut presipitasi uap kimia.
Seng sulfida yang dibuat oleh penekanan panas bisa transparan ke cahaya yang terlihat. Transparan seng sulfida dapat digunakan untuk memproduksi jendela dan lensa multispektral dari cahaya tampak ke pita LWIR.
(4) seng selenide
Seng selenide mirip dengan seng sulfida dalam banyak aspek. Indeks biasnya sedikit lebih tinggi dari seng sulfida, sedangkan strukturnya tidak kokoh seperti seng sulfida. Oleh karena itu, mempertimbangkan alasan daya tahan lingkungan, kadang -kadang lapisan tipis seng sulfida diendapkan ke substrat seng selenide tebal. Dibandingkan dengan seng sulfida, keuntungan paling signifikan dari seng selenide adalah koefisien penyerapannya yang sangat kecil, sehingga seng selenide biasanya digunakan dalam sistem energi CO2 energi tinggi.

(5) Magnesium fluoride
Magnesium fluoride juga merupakan bahan kristal. Bahan kristalnya dapat mentransmisikan rentang spektral dari ultraviolet ke mwir. Magnesium fluoride dapat diproduksi dengan pertumbuhan kristal atau metode "menekan panas", menghasilkan pembentukan bahan kaca susu. Ini memiliki transmisi yang baik di pita MWIR, tetapi mungkin memiliki hamburan yang tidak diinginkan, menghasilkan penurunan cahaya dan mematikan cahaya sumbu. Hamburan partikel berbanding terbalik dengan kekuatan keempat panjang gelombang, sehingga penampilan susu di bawah cahaya yang terlihat akan menyusut dengan 1/16 pada 5um.
C501545f8816da6744a0fe5efc53bb5 Jpg (6) Safir

Sapphire adalah bahan yang sangat sulit. Ini dapat mengirimkan cahaya dari UV dalam ke band MWIR. Karakteristik unik dari safir adalah emisivitas termal rendah pada suhu tinggi. Ini berarti bahwa bahan memancarkan radiasi termal lebih sedikit daripada bahan lain pada suhu tinggi. Sapphire dapat digunakan untuk membuat jendela rongga yang menahan suhu tinggi, cocok untuk pita inframerah melalui jendela. Kelemahan utama Sapphire adalah kekerasannya membuat pemrosesan optik menjadi sulit. Bahan serupa lainnya disebut spinel. Spinel serupa berlaku dengan safir yang ditekan panas dan dapat digunakan sebagai pengganti safir. Batu Spinel juga memiliki dispersi tinggi. Sapphire memiliki karakteristik birefringence, dan indeks biasnya adalah fungsi dari permukaan polarisasi insiden.

(7) Arsenik trisulfida

Arsenic trisulfide adalah bahan yang dapat digunakan dalam pita MWIR dan LWIR. Ini memiliki penampilan merah yang dalam dan sangat mahal.

(8) Bahan lainnya yang tersedia

Ada banyak bahan lainnya yang tersedia, termasuk kalsium fluorida, barium fluorida, natrium fluorida, lithium fluoride, dan kalium bromida. Bahan -bahan ini dapat digunakan dalam pita dari ultraviolet dalam hingga inframerah gelombang sedang. Karakteristik warna mereka membuatnya sangat menarik untuk aplikasi spektral yang luas, terutama dari inframerah-dekat hingga inframerah menengah dan bahkan jauh inframerah. Banyak dari bahan ini memiliki beberapa sifat yang tidak diinginkan, terutama higroskopisitas. Lapisan yang tepat diperlukan untuk menghindari kerusakan akibat kelembaban, dan strukturnya sering membutuhkan pemurnian dengan gas nitrogen kering.