菠菜网址导航官方入口红外仪器窗口片的分类及材质分析

2023-12-28 09:18 创力

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窗口片是光学中的基础光学元件之一，是经过磨、抛光后形成相互平行的两个表面的光学玻璃片。是一种在光路中起到保护电子元件/传感器/半导体元件作用的光学平板。如硒化锌（ZnSe）窗口片、锗（Ge）窗口片、硅（Si）窗口片、氟化钡（BaF2）窗口片、氟化钙（CaF2）窗口片适用于红外应用，而熔融石英、蓝宝石则适用于紫外应用。

一、窗口片分类

1、硅窗口片

硅适合用于1.2-8μm区域的近红外波段。因为硅材料具有密度小的特点（其密度是锗材料或硒化锌材料的一半），在一些对重量要求敏感的场合尤为适用，特别在3-5um波段的应用。硅的努氏硬度为1150，比锗硬，没有锗易碎。然而，由于它在9um处有强的吸收带，因此并不适合用于二氧化碳激光器的透射应用。

2、锗窗口片

锗材料折射率很高（2-14μm波段时约为4.0），在作为窗口玻璃使用时，可以根据需要镀膜以提高对应波段的透射率。而且锗的透射性质对温度变化极其敏感（透过率随温度的升高而降低）因此，它们只能在100℃以下应用。在设计对重量有严格要求的系统中要考虑锗的密度(5.33 g/cm3)。锗窗口具有宽的透射范围（2-16μm），并且在可见光谱范围内不透明，特别适合用于红外激光应用。锗的努氏硬度是780，大概是氟化镁硬度的两倍，这使它比较适合变化光学的IR领域的应用。

3、硒化锌窗口片

硒化锌在600nm-16μm波段内具有很高透过率，常用于热成像、红外成像、以及医疗系统等方面。而且由于硒化锌吸收率低，特别适用于大功率CO2激光器中。应当注意：硒化锌材料相对较软（努氏硬度为120），容易擦花，建议不要用于严酷环境。在手持、以及清洁时要加倍小心，捏持或擦拭时用力要均匀，最好带上手套或橡胶指套，以防玷污。不能用镊子或其它工具夹持。

二、材质优缺点

1、硒化锌

由于ZnSe拥有较低的吸收系数和高的耐热膨胀系数，它通常被应用在大功率CO2激光器系统中作为反射镜、分束镜的基底材料。但由于ZNSE相对较软（努氏硬度为120），容易擦花，因此不建议用于严酷环境，在手持和清洁时要注意用力均匀，最好能带上指套或手套。ZNSE窗口或透镜的直径范围是：5~220mm，表面精度最高可达20/10，表面平整度可达：λ/10@633nm（镜片的厚度与直径之比需符合加工比例）。

2、氟化钙

氟化钙在紫外到中红外（250nm~7um）之间都拥有较高的透过率，因此它被广泛应用于制造棱镜、窗口和透镜等，在一些光谱范围较宽的应用中，它可不镀膜直接使用，尤其它吸收小、激光阈值高，非常适合应用于准分子激光光学系统中。氟化钙透镜或窗口，直径范围是：5~150mm，表面精度通常可达40/20，表面平整度可达：λ/10@633nm（镜片的厚度与直径之比需符合加工比例）。

3、氟化钡

氟化钡晶体透光率范围宽，在0.13μm~14μm波长范围内透光性良好。单晶和多晶性能基本一样，材料很难出单晶，所以单晶的价格是多晶的1倍。氟化钡晶体是制作各种光学窗口、棱镜及透镜等光学元件的理想材料。可以用于红外配电柜窗口、傅立叶气体分析窗口、油气检测、高功率激光、光学仪器等。氟化钡透镜或窗口，直径范围是：5~150mm，表面精度通常可达40/20，表面平整度可达：λ/10@633nm（镜片的厚度与直径之比需符合加工比例）。

4、锗

由于Ge拥有较高的努氏硬度，常被应用于需要较高强度的红外系统中，由于它的折射率高，通常我们会在Ge上镀增透膜，常用的波段由：3~12um或者8~12um。Ge受热后其透过率将随着温度的升高而下降，严格来说，Ge最佳应用的温度是100摄氏度以下的环境中，当应用于对重量要求较敏感的系统时，建议设计者要考虑到Ge的高密度特性。镜片的尺寸与厚度之比需符合加工比例，同时重量要符合设计要求。Ge透镜和窗口的直径范围是：5~260mm，表面精度最高可达20/10，表面平整度可达：λ/10@633nm（镜片的厚度与直径之比需符合加工比例）。

5、硅

硅（Si）单晶是一种化学惰性材料，硬度高、不溶于水。它在1.2 -7um波段具有很好的透光性能，同时它在远红外波段30-300μm也具有很好的透光性能，这是其它红外材料所不具备的特点。硅（Si）单晶通常用作3 -5μm中波红外光学窗口和光学滤光片的基片。由于该材料导热性能好、密度低，常应用于制作激光反射镜和对体积重量比较敏感的场合。硅透镜或窗口，采用的光学级硅单晶，直径范围是：5~260mm，表面精度通常可达40/20，表面平整度可达：λ/10@633nm（镜片的厚度与直径之比需符合加工比例）。