مواد مادون قرمز حرارتی موجود است؟

2026,02,08

تصویربرداری مواد مادون قرمز حرارتی به طور معمول به تصویربرداری مادون قرمز (MWIR) در 3-5 میکرومتر و تصویربرداری مادون قرمز دور (LWIR) در 8-10 میکرومتر اشاره دارد. در این باندها ، تمرکز روی منابع گرما به جای نور مرئی است. بسیاری از کاربردهای مختلف تصویربرداری مادون قرمز حرارتی ، مانند آزمایش غیر مخرب ، دوربین های مادون قرمز که می توانند محل گرمای بیش از حد تجهیزات یا از بین رفتن گرما را ضبط کنند ، تفاوت در دمای سطح بدن محلی که می تواند در زمینه پزشکی اندازه گیری شود ، شناسایی سریع آن نقاط نشت گرما در سیستم خنک کننده نیروگاههای هسته ای و محافظت از ایمنی.

انواع بسیاری از شیشه ها برای سیستم های نوری قابل مشاهده وجود دارد ، اما فقط تعداد بسیار محدودی از مواد را می توان به طور موثری در باندهای MWIR و LWIR استفاده کرد. شکل 18.107 انتقال مواد انتقال مادون قرمز متداول را نشان می دهد. این داده ها شامل از بین رفتن بازتاب در سطح است ، بنابراین منجر به انتقال نسبتاً زیاد پس از استفاده از یک فیلم ضد فلزی کارآمد می شود. فقط از نوع بسیار محدودی از مواد شیشه ای می توان به طور موثری در باندهای MWIR و LWIR استفاده کرد. جدول 18.9 لیست مواد نوری مادون قرمز حرارتی و ویژگی های اصلی آنها را نشان می دهد. ثابت ABBE V به عنوان (N1 λ- 1) /(N1 λ- NH λ) تعریف شده است ، در معادله ، ضریب شکست NC λ در طول موج مرکز ، N1 λ شاخص انکسار طول موج کوتاه است ، NH λ شاخص انکسار است طول موج های طولانی

چندین ماده مادون قرمز متداول استفاده می شود:

ژرمانیوم رایج ترین ماده مادون قرمز است و می تواند در گروههای LWIR و MWIR استفاده شود. در باند LWIR ، "صفحه تاج" یا لنزهای مثبت در لنزهای دوتایی آکروماتیک است. در MWIR ، این لنز "سنگ چخماق" یا منفی در لنزهای دوتایی آکروماتیک است. این به دلیل تفاوت در خصوصیات پراکندگی بین دو باند است. در گروه MWIR ، ژرمانیوم بسیار نزدیک به باند جذب کم خود است ، بنابراین ضریب شکست آن به سرعت تغییر می کند و منجر به پراکندگی قابل توجه می شود. این امر باعث می شود که به عنوان یک مؤلفه قدرت منفی در لنزهای دوتایی آکروماتیک مناسب باشد.

(1) مواد ژرمانیوم:

ژرمانیوم رایج ترین ماده مادون قرمز است و می تواند در گروههای LWIR و MWIR استفاده شود. در باند LWIR ، "صفحه تاج" یا لنزهای مثبت در لنزهای دوتایی آکروماتیک است. در MWIR ، این لنز "سنگ چخماق" یا منفی در لنزهای دوتایی آکروماتیک است. این به دلیل تفاوت در خصوصیات پراکندگی بین دو باند است. در گروه MWIR ، ژرمانیوم بسیار نزدیک به باند جذب کم خود است ، بنابراین ضریب شکست آن به سرعت تغییر می کند و منجر به پراکندگی قابل توجه می شود. این امر باعث می شود که به عنوان یک مؤلفه قدرت منفی در لنزهای دوتایی آکروماتیک مناسب باشد.

مواد ژرمانیوم دارای دو پارامتر مهم هستند: شاخص انکسار و DN/DT. ضریب شکست ژرمانیوم کمی بیشتر از 4.0 است ، به این معنی که سطوح کم عمق معقول و آسان برای کاهش اختلاف فاز هستند ، که برای طراحی مفید است. پارامتر DN/DT تغییر در ضریب شکست و دما است. DN/DT ژرمانیوم 0.000369C است. این یک مقدار بزرگ ، DN/DT = 0.000360C برای شیشه معمولی است. این می تواند یک تغییر کانونی بزرگ ایجاد کند که با دما متفاوت باشد ، معمولاً به برخی از تکنیک های غیر گرمایشی نیاز دارد (جبران نقطه کانونی نسبت به دما).

ژرمانیوم یک ماده کریستالی است که به صورت تک یا پلی کریستالی تولید می شود. با توجه به روند رشد ، ژرمانیوم کریستال تک گرانتر از پلی کریستالی ژرمانیوم است. ضریب انکسار ژرمانیوم پلی کریستالی به اندازه کافی یکنواخت نیست ، که عمدتاً در اثر ناخالصی در مرز ذرات ایجاد می شود ، که می تواند بر کیفیت تصویر تصویربرداری FPA تأثیر بگذارد. بنابراین ، ژرمانیوم کریستال تک ماده ارجح است. در دماهای بالا ، مواد ژرمانیوم جاذب می شوند و انتقال در 200 درجه سانتیگراد صفر می شود.

ضریب غیر یکنواختی انکسار از ژرمانیوم کریستال تک کریستال 0.0001 0000 0.00005 است ، در حالی که از پلی کریستالی ژرمانیوم 0.0001 00015 0001 است. برای اهداف نوری ، معمولاً. ضریب مقاومت ژرمانیوم در CM مشخص شده است ، و ضریب مقاومت کل خالی 5-40 است. CM به طور کلی قابل قبول است. شکل 18.109 یک خالی معمولی ژرمانیوم را با یک منطقه پلی کریستالی در سمت راست نشان می دهد. لطفاً توجه داشته باشید که ضریب مقاومت در ناحیه کریستال منفرد به طور عادی و به آرامی تغییر می کند ، در حالی که ضریب مقاومت در منطقه پلی کریستالی به سرعت تغییر می کند. اگر از یک دوربین مادون قرمز مناسب برای مشاهده مواد استفاده می شود ، تصاویر چرخشی عجیب شبیه به شبکه های عنکبوتی را می توان مشاهده کرد که عمدتا در مرزهای ذرات متمرکز شده اند. این به دلیل ناخالصی های ناشی از مرز است. یکی از کاستی های سیلیکون و برخی از مواد کریستالی دیگر ، شکنندگی و شکنندگی آنهاست.

Ba1aa10e86d2a03584f1764f4ce87b4 Jpg

(2) ماده سیلیکون
سیلیکون یک ماده کریستالی شبیه به ژرمانیوم است. این ماده به طور عمده در باند MWIR از 3-5 میکرومتر استفاده می شود و در باند LWIR 8-12 میکرومتر جذب می شود. ضریب انکسار سیلیکون کمی پایین تر از ژرمانیوم است ، اما هنوز هم به اندازه کافی بزرگ است تا بتواند کنترل انحراف را تسهیل کند. علاوه بر این ، پراکندگی سیلیکون نسبتاً کم است. سیلیکون را می توان با الماس تبدیل کرد.
(3) سولفید روی
سولفید روی یک ماده متداول در باندهای MWIR و LWIR است. به طور کلی به نظر می رسد زرد زرد و نیمه شفاف از نور مرئی. متداول ترین فرآیند برای تولید سولفید روی ، بارش بخار شیمیایی نامیده می شود.
سولفید روی ساخته شده توسط فشار گرم می تواند در برابر نور مرئی شفاف باشد. سولفید روی شفاف را می توان برای تولید پنجره ها و لنزهای چند طیفی از نور مرئی به نوارهای LWIR استفاده کرد.
(4) سلنید روی
سلنید روی در بسیاری از جنبه ها شبیه به سولفید روی است. ضریب شکست آن کمی بالاتر از سولفید روی است ، در حالی که ساختار آن به اندازه سولفید روی محکم نیست. بنابراین ، با توجه به دلایل دوام محیطی ، گاهی اوقات یک لایه نازک از سولفید روی بر روی یک بستر سلنید روی ضخیم قرار می گیرد. در مقایسه با سولفید روی ، مهمترین مزیت سلنید روی ضریب جذب بسیار کوچک آن است ، بنابراین سلنید روی معمولاً در سیستم های انرژی CO2 با انرژی بالا استفاده می شود.

(5) فلوراید منیزیم
فلوراید منیزیم نیز یک ماده کریستالی است. ماده کریستالی آن می تواند دامنه طیفی را از ماوراء بنفش به MWIR منتقل کند. فلوراید منیزیم را می توان با رشد کریستال یا روشهای "فشار داغ" تولید کرد و در نتیجه تشکیل مواد شیشه ای شیری ایجاد می شود. در باند MWIR دارای انتقال خوبی است ، اما ممکن است پراکندگی ناخواسته داشته باشد و در نتیجه باعث کاهش کنتراست و نور ولگرد محور شود. پراکندگی ذرات به طور معکوس با قدرت چهارم طول موج متناسب است ، بنابراین ظاهر شیری تحت نور مرئی 1/16 در 5um کاهش می یابد.
C501545f8816da6744a0fe5efc53bb5 Jpg (6) یاقوت کبود

یاقوت کبود یک ماده بسیار سخت است. این می تواند نور را از UV عمیق به نوارهای MWIR منتقل کند. ویژگی منحصر به فرد یاقوت کبود ، انتشار حرارتی کم آن در دماهای بالا است. این بدان معنی است که مواد در دمای بالا تابش حرارتی کمتری نسبت به سایر مواد منتشر می کنند. یاقوت کبود را می توان برای ایجاد پنجره های حفره ای که در برابر درجه حرارت بالا مقاومت می کنند ، مناسب برای باند مادون قرمز از طریق ویندوز استفاده شود. اشکال اصلی یاقوت کبود این است که سختی آن پردازش نوری را دشوار می کند. ماده مشابه دیگر اسپینل نامیده می شود. اسپینل در اثر آن به یاقوت کبود فشرده شده مشابه است و می تواند به عنوان جایگزینی برای یاقوت کبود استفاده شود. سنگ های اسپینل نیز پراکندگی بالایی دارند. یاقوت کبود دارای ویژگی های مهار کننده است و ضریب شکست آن تابعی از سطح قطبش حادثه است.

(7) تریسولفید آرسنیک

تریسولفید آرسنیک ماده ای است که می تواند در نوارهای MWIR و LWIR استفاده شود. ظاهری قرمز عمیق دارد و بسیار گران است.

(8) سایر مواد موجود

بسیاری از مواد موجود دیگر از جمله کلسیم فلوراید ، فلوراید باریم ، فلوراید سدیم ، لیتیوم فلوراید و برمید پتاسیم وجود دارد. این مواد را می توان در باندهای ماوراء بنفش عمیق تا مادون قرمز موج متوسط استفاده کرد. ویژگی های رنگ آنها باعث می شود آنها برای کاربردهای طیفی گسترده ، به ویژه از مادون قرمز نزدیک به مادون قرمز و حتی مادون قرمز بسیار جذاب ، بسیار جذاب باشند. بسیاری از این مواد دارای برخی از خواص نامطلوب ، به ویژه Hygroscopicity هستند. برای جلوگیری از آسیب در برابر رطوبت ، پوشش مناسب لازم است و ساختار آنها اغلب به تصفیه با گاز نیتروژن خشک نیاز دارد.