红外光学材料
红外光学功能材料的研究进展
红外光学功能材料的研究进展在现代科技的发展中，红外光学技术被广泛应用于红外成像、光纤通信、红外传感器等众多领域，而红外光学功能材料作为红外光学器件的重要组成部分，也因其优异的性能而备受研究者的关注。
本文将从红外光学功能材料的分类、研究方法和应用前景等方面，探讨近年来红外光学功能材料的研究进展。
一、红外光学功能材料的分类红外光学功能材料广泛涉及到玻璃、聚合物、金属氧化物等多种材料。
其中，玻璃材料是红外光学材料领域的重要研究方向之一。
常见的玻璃材料包括硒化物玻璃、硫化物玻璃、氟化物玻璃等。
硒化物玻璃具有宽窗口、高折射率、低原子振动、化学稳定性好等特点，适用于红外光的传输。
而硫化物玻璃具有较高的辐射抵抗性、较低的散射损失、较高的折射率等优势，在红外激光器件中具有潜在的应用价值。
氟化物玻璃由于具有优异的透明性和化学稳定性，被广泛应用于红外光学成像、红外激光器件等领域。
另一类重要的红外光学功能材料是聚合物材料。
聚合物材料以其低成本、可塑性强等特点，成为红外光学领域的研究热点。
例如聚芳酰胺纤维具有高强度、低吸水性等特点，广泛应用于红外激光器件、红外探测器等设备中。
聚氨酯材料则以其良好的力学性能、化学稳定性，成为一种理想的红外隔热材料。
而金属氧化物材料，由于其具有较高的折射率和吸收特性等，在红外光学设备中具有广泛的应用前景。
如氧化锌材料、氧化锡材料等，都能在红外波段中起到良好的透射和控制制御性能，被广泛应用于红外滤波器、红外窗口等器件中。
二、红外光学功能材料的研究方法红外光学功能材料的研究方法主要分为合成方法和表征方法两个方面。
在材料的合成方法上，目前常用的方法包括溶胶-凝胶法、电泳沉积法、熔窗法、溅射法等。
这些方法可以制备出具有良好光学性能和稳定性的红外光学材料。
在红外光学功能材料的表征方法上，常用的方法包括红外透射谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱等。
这些方法可以了解材料的光学性能、结构性能等，为材料的合成和应用提供科学依据。
红外光学材料性能-总结归档
发展和展望： 1、对已研究的红外材料要着重开展工艺方面研究，以期获得更大尺寸、更高质量和更低成本； 2、要开展对光学级金刚石生长，蓝宝石近尺寸成型技术，ZnS/ZnSe复合材料、多晶氧化铝的研 究，填补国内技术空白。
红外窗口的综合性能指标主要由热破裂品质因子(M)和光畸变品质因子(Q)来表征。高马赫数导弹整流罩还有抗热冲击品质因子(R)
＜0.1@5 μ m
3500
0.8～1.2 @300 K
-
2050
4.4@300K（垂 直）
0.92@5μ m
0.33@296K 1.02@300K
0.124
0.78@300K
18@300K 74/70.9
63
21@300K 114/139
1
20@300K
35@300K（平行） 33@300K（垂直）
0.5/0.9 36.5 50/68
1 50/150 100～150
2~8
2.2/1.7/2
-
784±35%（a 轴）
200
105350±03～4%1（00c0
1.1/1.9 100-200
190
1.43/2-2.4 0.7/0.43 0.74/0.9
300
90-100
70-340
300/622
90
986～1079
340-460
9.6×10－6 @10.6 μ m
6~12
2135
5.6@300K 11.7@2000K
0.5@5 μ m
1.08@441K 0.88@300K 13.8@308K 14.6@300K
193
3
氮氧化铝 （AlON）
立方结构
红外光学材料大全
1,进口CVD硒化锌(ZnSe)红外光学材料CVD硒化锌（ZnSe）是一种化学惰性材料，具有纯度高，环境适应能力强，易于加工等特点。
它的光传输损耗小，具有很好的透光性能。
是高功率CO2激光光学元件的首选材料。
由于该红外材料的折射率均匀和一致性很好，因此也是前视红外（FLIR）热成像系统中保护窗口和光学元件的理想材料。
同时，该材料还广泛用于医学和工业热辐射测量仪和红外光谱仪中的窗口和透镜。
CVD ZINC SELENIDE TransmissionWavelength in Micrometers (t=8mm)光学性质：透过波长范围μm---22μm折射率不均匀性（Δn/n）吸收系数（1/cm）×10-3@1300nm×10-4@2700nm×10-4@3800nm×10-4@5250nm×10-4@10600nm热光系数dn/dT(1/k,298—×10-5@1150nm折射率n随波长的变化（20℃）理化性质：激光损伤阈值：（10600nm脉冲激光，脉冲宽度=15μs）2，进口CVD硫化锌（ZnS）红外光学材料CVD硫化锌是一种化学惰性材料，具有纯度高，不溶于水，密度适中，易于加工等特点，广泛应用于红外窗口，整流罩和红外光学元件的制作。
和硒化锌（ZnSe）一样，硫化锌（ZnS）也是一种折射率均匀性和一致性好的材料，在8000nm—12000nm波段具有很好的图像传输性能，该材料在中红外波段也有较高的透过率，但随着波长变短，吸收和散射增强。
与硒化锌（ZNSE）相比，硫化锌的价格低，硬度高，断裂强度是硒化锌的两倍，抗恶劣环境的能力强，非常适合用于制造导弹整流罩和军用飞行器的红外窗口。
透过率曲线：CVD ZINC SULFIDE Transmission(CVD硫化锌)Wavelength in Micrometer (t =6mm)CLEARTRAN Transmission（多光谱CVD硫化锌）Wavelength in Micrometers (t=理化性质：CVD硫化锌多光谱CVD硫化锌密度 (g . cm-3 @ 298k)电阻率 (Ω. Cm)~1012~熔点 (℃)1827化学纯度 (%)热膨胀系数(1/k)* 10-6@273k* 10-6@273k* 10-6@373k* 10-6@373k光学性质：折射率随波长的变化（CVD硫化锌（ZNS）（20摄氏度）多光谱CVD硫化锌(CLEARTRAN ZnS)(20摄氏度)3,进口氟化钙(CaF2)和氟化镁(MgF2)晶体氟化钙(CaF2)和氟化镁(MgF2)晶体，硬度高，抗机械冲击和热冲击能力强，在紫外，可见和红外波段具有良好的透过率，广泛用于激光，红外光学，紫外光学和高能探测器等科技领域，特别是它们在紫外波段的光学性能很好，是目前已知的紫外截止波段的光学晶体，透过率高，荧光辐射很小，是紫外光电探测器，紫外激光器和紫外光学系统的理想材料。
第二章红外光学材料的光学性质
第二章红外光学材料的光学性质§2.1 引言§2.2反射§2.3透过率和吸收系数以及和温度的关系§2.4折射指数、色散和折射指数的温度关系§2.5散射§2.6 发射率§2.7红外材料的微波透射性质§2.1引言红外光学材料首先要注意的是它的光学性质，然后确定该种材料所适用的光学波段，其后才能考虑它的力学、热学性质。
在相同使用波段情况下，在各个材料之间进行选择，光学性质是红外光学材料最重要的基本性质。
红外光学材料的光学性质是一个广泛的说法，它实际上包含的内容很多。
有光的反射、理论透过率、吸收系数以及和温度的关系、透过率与温度的关系、折射指数以及折射指数的色散关系和温度关系、发射率和红外光学材料的微波介电性质等等。
在本章中试图对上述这些性质作尽可能详细的讨论。
对于每一种材料，希望能给出具体的实验数据。
§2.2反射损伤在第一章的（1-5-18）式中表示了垂直入射光通过两种不同介质（其折射指数分别为n 1和n 2）界面时所产生的反射和透射。
()⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=22121221214n n n n T n n n n R （2-2-1） 在求得上式的过程中是假定介质电导率0=σ。
因而光在介质中传播时没有损耗。
在电导率0≠σ的情况下，在界面的反射系数可表示为：()()222211kn k n R +++-= （2-2-2） 这里k 是消光系数（参见第一章§4），πλβ4=k ，β为吸收系数,对于红外光学材料β值通常在10-1～10-4,因之，消光系数k 的数值在4×10-6～4×10-9之间。
和(n-1)2， (n+1)2相比是一个非常小的量。
因而，在反射率的计算中完全可以忽略。
于是，单面反射率通常可以表示为：()()2211n n R +-= （2-2-3）这里R 是垂直入射时的反射率。
红外光学材料的光学性质
第二章红外光学材料的光学性质§2.1 引言§2.2反射§2.3透过率和吸收系数以及和温度的关系§2.4折射指数、色散和折射指数的温度关系§2.5散射§2.6 发射率§2.7红外材料的微波透射性质§2.1引言红外光学材料首先要注意的是它的光学性质，然后确定该种材料所适用的光学波段，其后才能考虑它的力学、热学性质。
在相同使用波段情况下，在各个材料之间进行选择，光学性质是红外光学材料最重要的基本性质。
红外光学材料的光学性质是一个广泛的说法，它实际上包含的内容很多。
有光的反射、理论透过率、吸收系数以及和温度的关系、透过率与温度的关系、折射指数以及折射指数的色散关系和温度关系、发射率和红外光学材料的微波介电性质等等。
在本章中试图对上述这些性质作尽可能详细的讨论。
对于每一种材料，希望能给出具体的实验数据。
§2.2反射损伤在第一章的（1-5-18）式中表示了垂直入射光通过两种不同介质（其折射指数分别为n 1和n 2）界面时所产生的反射和透射。
()⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=22121221214n n n n T n n n n R （2-2-1） 在求得上式的过程中是假定介质电导率0=σ。
因而光在介质中传播时没有损耗。
在电导率0≠σ的情况下，在界面的反射系数可表示为：()()222211kn k n R +++-= （2-2-2） 这里k 是消光系数（参见第一章§4），πλβ4=k ，β为吸收系数,对于红外光学材料β值通常在10-1～10-4,因之，消光系数k 的数值在4×10-6～4×10-9之间。
和(n-1)2， (n+1)2相比是一个非常小的量。
因而，在反射率的计算中完全可以忽略。
于是，单面反射率通常可以表示为：()()2211n n R +-= （2-2-3）这里R 是垂直入射时的反射率。
材料科学中的红外光学材料研究
材料科学中的红外光学材料研究红外光学材料在当代材料科学中，具有非常重要的地位。
红外光学材料广泛应用于热成像、生物医学成像、传感器、激光领域、医疗设备等很多领域。
其研究对于推动现代科学技术的发展，具有非常重要的作用。
下面本文将从红外光学材料的定义、特性、应用以及材料研究的进展几个方面来分析红外光学材料的研究现状。
一、红外光学材料的定义与特性红外光学材料，是指在红外波段中具有一定透过率、透明度的材料，可以传输红外辐射的材料。
红外光学材料可以分为晶体、陶瓷、非晶体三大类。
其中晶体材料主要包括二氧化硅、氟化镁、氟化铝等，这些材料具有不同的晶体结构，各自具有不同的物理性质。
陶瓷材料是通过烧结指定的单一材料，制成的一种新型材料，常见的有氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等。
相对于晶体材料而言，陶瓷材料具有更好的化学稳定性和抗辐射性。
非晶体可分为各种改性玻璃、聚合物等。
红外光学材料的特性是其在红外波段内有较高的透过率、较低的吸收率，并具备一定的热传导性能。
此外，红外光学材料的物理性质也随着其结构的变化而变化。
二、红外光学材料的应用1、红外热成像红外热成像是红外光学材料最常见的应用之一。
它是利用材料对红外辐射的透过性能，测定出目标物体红外辐射的强度分布，从而对其进行热成像。
红外热成像技术在军事、医学、建筑、环保等方面都有非常广泛的应用。
2、生物医学成像红外光学材料中的红外荧光材料，可以用于生物标记，实现微观细胞成像。
这项技术可以用于生物医学中的组织结构重建、癌细胞检测等领域，是生命科学成像领域中非常有前景的一项技术。
3、传感器红外光学材料在传感器领域中也有着很重要的应用。
通过对红外光学材料中的光学特性的研究，可以实现对光学信号的建模和分析，从而用于制造传感器。
红外传感器在环境监测、生命科学、材料科学等领域中都有较大的应用空间。
4、激光领域红外光学材料中的激光材料和非线性光学材料，在激光领域中具有广泛的应用。
例如，用于激光医疗中的Er:YAG激光晶体、用于高能激光器件中的YAG晶体等。
红外光学材料
红外光学材料红外光学系统与可见光光学系统的主要区别在于只有有限的材料可有效应用于中波红外和长波红外波段，能同时应用于这两个波段的材料就更少。
表2-1列出了几种比较常用的红外光学材料及其重要特性。
2.2.1红外光学材料的特点红外光学系统中所使用的材料一般具有以下特点[i ,ii ,iii ]：（1）红外材料不仅种类有限，而且价格昂贵（一般在几千到几万元一公斤）。
（2）某些材料的折射率温度系数（dn/dt ）较大，导致焦距随温度的漂移较大。
如果工作温度范围较宽，则必须适当的选择红外光学材料或采取必要措施进行补偿。
（3）某些光学材料易碎，且化学稳定性差，使得加工以及安装困难，成品率不高。
（4）许多光学材料不透明，根据材料和波段的不同而表现出不同的颜色。
（5）红外光学材料受热时都会发生自辐射，导致杂散光形成。
表2-1 常用红外光学材料的特性材料 折射率（4μm）折射率（10μm）dn/dt/℃ 锗 4.0243 4.0032 0.000396 硅 3.4255 3.4179 0.00015 硫化锌（CVD ） 2.252 2.2005 0.0000433 硒化锌（CVD ） 2.4331 2.4065 0.00006 AMTIR I 2.5141 2.4976 0.000072 氟化镁 1.3526 + 0.00002 蓝宝石 1.6753 + 0.00001 三硫化砷 2.4112 2.3816 × 氟化钙 1.4097 + 0.000011 氟化钡1.458 * -0.000016 601228Se As Ge +2.6038 0.000091 651520Se As Ge2.60582.58580.000058“+”不透过；“×”得不到；“*”透射，但折射率剧烈下降图2.1 红外材料的光谱透过率图2.1为较常用红外材料包括表面损失的透过率。
实际应用过程中涂镀高效抗反射膜可以达到相当高的透过率（95%-98%），图中未包含硫系玻璃（601228Se As Ge 、651520Se As Ge ）的透过率曲线。
红外光学材料大全
红外光学材料1,进口CVD硒化锌（ZnSe）红外光学材料CVD硒化锌(ZnSe）是一种化学惰性材料,具有纯度高，环境适应能力强,易于加工等特点。
它的光传输损耗小，具有很好的透光性能。
是高功率CO2激光光学元件的首选材料.由于该红外材料的折射率均匀和一致性很好，因此也是前视红外（FLIR）热成像系统中保护窗口和光学元件的理想材料.同时,该材料还广泛用于医学和工业热辐射测量仪和红外光谱仪中的窗口和透镜.CVD ZINC SELENIDE TransmissionWavelength in Micrometers (t=8mm）光学性质：透过波长范围0。
5μm—-—22μm折射率不均匀性（Δn/n）<3×10—6@632.8nm吸收系数(1/cm） 5.0×10-3＠1300nm7。
0×10-4＠2700nm4。
0×10-4＠3800nm4。
0×10-4@5250nm5.0×10—4＠10600nm热光系数dn/dT（1/k,298—358k） 1.07×10-4＠632。
8nm折射率n随波长的变化（20℃）理化性质:激光损伤阈值：（10600nm脉冲激光，脉冲宽度=15μs）2,进口CVD硫化锌（ZnS）红外光学材料CVD硫化锌是一种化学惰性材料，具有纯度高,不溶于水，密度适中，易于加工等特点，广泛应用于红外窗口，整流罩和红外光学元件的制作.和硒化锌（ZnSe)一样，硫化锌（ZnS）也是一种折射率均匀性和一致性好的材料，在8000nm—12000nm波段具有很好的图像传输性能,该材料在中红外波段也有较高的透过率，但随着波长变短,吸收和散射增强.与硒化锌（ZNSE)相比，硫化锌的价格低，硬度高,断裂强度是硒化锌的两倍，抗恶劣环境的能力强，非常适合用于制造导弹整流罩和军用飞行器的红外窗口。
透过率曲线：CVD ZINC SULFIDE Transmission（CVD硫化锌)Wavelength in Micrometer (t =6mm）CLEARTRAN Transmission（多光谱CVD硫化锌)Wavelength in Micrometers （t=9。
红外光学材料大全
红外光学材料大全折射率n随波长的变化（20℃）理化性质：激光损伤阈值：（10600nm脉冲激光，脉冲宽度=15μs）2，进口CVD硫化锌（ZnS）红外光学材料CVD硫化锌是一种化学惰性材料，具有纯度高，不溶于水，密度适中，易于加工等特点，广泛应用于红外窗口，整流罩和红外光学元件的制作。
和硒化锌（ZnSe）一样，硫化锌（ZnS）也是一种折射率均匀性和一致性好的材料，在8000nm—12000nm波段具有很好的图像传输性能，该材料在中红外波段也有较高的透过率，但随着波长变短，吸收和散射增强。
与硒化锌（ZNSE）相比，硫化锌的价格低，硬度高，断裂强度是硒化锌的两倍，抗恶劣环境的能力强，非常适合用于制造导弹整流罩和军用飞行器的红外窗口。
透过率曲线：CVD ZINC SULFIDE Transmission(CVD硫化锌)Wavelength in Micrometer (t =6mm)CLEARTRAN Transmission（多光谱CVD硫化锌）Wavelength in Micrometers (t=9.4mm) 理化性质：光学性质：折射率随波长的变化（CVD硫化锌（ZNS）（20摄氏度）多光谱CVD硫化锌(CLEARTRAN ZnS)(20摄氏度)3,进口氟化钙(CaF2)和氟化镁(MgF2)晶体氟化钙(CaF2)和氟化镁(MgF2)晶体，硬度高，抗机械冲击和热冲击能力强，在紫外，可见和红外波段具有良好的透过率，广泛用于激光，红外光学，紫外光学和高能探测器等科技领域，特别是它们在紫外波段的光学性能很好，是目前已知的紫外截止波段的光学晶体，透过率高，荧光辐射很小，是紫外光电探测器，紫外激光器和紫外光学系统的理想材料。
与氟化钙(CaF2)不同的是氟化镁(MgF2)是一种双折射晶体。
透过率曲线：Calcium Fluoride (CaF2)Wavelengt h (micrometers)Magnesium Fluoride (MgF2)Wavelength ( micrometers)氟化钡(BaF2)在200—9500nm光谱范围有接近90%的光学透过率。
常见红外材料及参数
常见红外材料及参数常见的红外材料主要包括硫化锌(SZn)、硒化锌(SeZn)、氧化铟锡(ITO)、铁掺锌单晶(Fe:ZnSe)、掺钙硫化铟(CaIn2S4)等。
硫化锌(SZn)是一种常见的红外材料，具有较高的透明度和热导率。
硫化锌具有宽波长范围的透明性，从0.39微米到13微米都具有较好的透明性。
硫化锌的热导率较高，可以有效地散热。
硫化锌的折射率在2.29至2.35之间波动。
硒化锌(SeZn)是另一种常见的红外材料，也具有较高的透明度和热导率。
硒化锌的透明范围为0.6微米至14微米，具有比硫化锌更高的折射率，约为2.6至2.7、硒化锌的热导率也较高。
氧化铟锡(ITO)是一种透明导电薄膜材料，广泛应用于可见光和红外光学器件中。
ITO薄膜具有良好的透明性和导电性，可以用于制作红外探测器的电极。
ITO薄膜的电导率一般在1到10^4 Ω/cm之间。
铁掺锌单晶(Fe:ZnSe)是一种具有较高吸收系数的红外材料，适用于制作红外激光器和红外探测器。
铁掺锌单晶的吸收峰主要在3至5微米范围内，具有很高的吸收率。
铁掺锌单晶的折射率约为2.4至2.6之间。
掺钙硫化铟(CaIn2S4)是一种对红外辐射具有较好响应的材料，适用于制作红外探测器。
掺钙硫化铟的带隙能够调节至各种红外波长范围，具有很高的响应度和较低的暗电流。
掺钙硫化铟的折射率约为2.4至2.6之间。
这些材料的参数主要包括折射率、透明范围、热导率和吸收率等。
折射率是指材料对光线的折射能力，折射率越高，光线在材料中传播的速度越慢。
透明范围是指材料对其中一波长范围的光线的透明性，决定了材料适用的红外波长范围。
热导率是指材料导热的能力，热导率越高，材料散热越快。
吸收率是指材料对光线的吸收能力，吸收率越高，材料对光源产生的辐射能力越强。
总之，常见的红外材料具有不同的特性和参数，可以根据不同的需求选择适合的材料。
这些红外材料在红外光学、红外探测和红外激光等领域起着重要的作用。
znse 晶体和红外色谱
znse 晶体和红外色谱
ZnSe晶体是一种重要的光学材料，具有良好的透明性和光学特性。
它是由氢化锌和氢化硒这两种化合物化学反应得到的。
ZnSe晶体在红外光谱学中具有广泛的应用。
下面是ZnSe晶体在红外色谱方面的一些应用：
1.红外吸收谱学：ZnSe晶体在红外光谱仪器中被用作窗口或透
镜材料，它的透明性能使得红外辐射能够通过，并且对红外光谱的测量提供优良的光学性能。
2.红外光学元件：ZnSe晶体可以用于制备红外光学元件，如反
射镜、透镜和光学棱镜等。
这些元件可以用于纺织、石油、化工、医药、食品等领域的红外光谱分析，用于检测和识别样品中的化学成分和结构。
3.红外光谱成像：通过将ZnSe晶体作为窗口，在红外光谱成
像系统中形成透明界面，可以实现对样品的红外图像获取和分析。
这在材料研究、生命科学、环境监测等领域具有重要应用。
总的来说，ZnSe晶体作为一种优质的红外光学材料，在红外色谱分析领域发挥着重要作用。
它的高度透明性、优良的光学性能和化学稳定性使得它成为红外光谱学中常用的材料之一。
吸收红外线的常见材料
吸收红外线的常见材料1.有机材料（1）有机染料：有机染料是一类具有很强吸收红外线能力的物质，常见的有机染料有苯胺染料、噻吩染料、多聚苯胺染料等。
有机染料的吸收红外线能力强，色谱特性明显，同时也可以调整吸收波长。
（2）碳纳米管：碳纳米管是由碳原子构成的空心细管，具有很高的纵横比、热导率以及电导率。
碳纳米管对红外线具有很强的吸收能力，并且可以通过调整管壁的厚度和直径来控制它们的吸收波长。
2.无机材料（1）镉汞砷化物（HgCdTe）：镉汞砷化物是一种常见的半导体材料，能够吸收非常广泛的红外线波段，适用于制作红外探测器和红外光电器件。
（2）银镉锌碲化物（AgCd1-xZnxTe）：银镉锌碲化物是一种新型的红外探测材料，其吸收谱范围覆盖整个中远红外波段，具有极高的光学吸收系数和热导率，因此在红外成像领域有着重要的应用前景。
（3）硅：硅对于可见光和远红外线吸收的能力较弱，但在近红外波段（800-2500nm）可以吸收一部分红外线。
硅的成本较低，制备工艺成熟，因此在低成本的红外光学器件中广泛应用。
3.特殊材料（1）氮化镓：氮化镓是一种宽禁带半导体材料，具有很高的光学品质和良好的热导率。
氮化镓对红外波段的吸收较弱，但在可见光和近红外波段具有很强的吸收能力，因此可用于制作红外光电器件。
（2）锗：锗是一种常见的红外吸收材料，对于在中红外波段（3-5μm）具有较高的吸收比，因此常用于热成像仪等红外光学器件的制备。
（3）铁氧体：铁氧体是一类由铁氧化物构成的材料，具有较好的吸收红外线能力，广泛应用于热成像以及红外遥感等领域。
综上所述，吸收红外线的常见材料包括有机材料、无机材料以及一些特殊材料。
这些材料在红外光学器件制备，红外探测，红外成像以及其他与红外技术相关的领域具有重要的应用价值。
随着科技的不断发展，对吸收红外线的材料研究也在不断深入，未来会有更多新型材料被发现和应用。
具有红外透过性的光学材料的制备及其应用
具有红外透过性的光学材料的制备及其应用随着科技的不断进步，红外技术在军事、医疗、航空等领域中的应用越来越广泛，因此具有红外透过性的光学材料的需求也越来越大。
本文将介绍几种常见的具有红外透过性的光学材料及其制备方法以及应用。
一、具有红外透过性的光学材料分类1.硅硅是一种硬度很高，导热性能好，化学性质稳定的材料。
在光学领域中，常用硅制成红外光学元件，如窗口、透镜、棱镜等。
2.硒化锌硒化锌是一种透明、不导电的光学材料，它具有很好的红外透过性，因此常被用于红外传感器、夜视仪等装置中。
3.晶体晶体是一种透明的材料，其中的矿物质晶体具有特定的结构和物理性质，使它们在光学领域中具有重要的应用。
某些晶体如镁氟铝石英、锂镁硼石英等可以用于制造红外透镜。
4.玻璃玻璃是一种广泛应用于光学领域的材料，它们通常是由多种物质熔融后再冷却得到的，因此拥有不同的物理性质。
其中某些玻璃具有红外透过性，例如石英玻璃、硼硅酸玻璃等。
二、红外透过性光学材料的制备方法1.单晶生长法单晶生长法是一种比较常见的制备晶体材料的方法，它通过将熔体降温来使材料结晶并生长出晶体。
晶体制备过程需要严格控制各种物理参数，如温度、压力等。
常用于制备锂镁硼石英、钛蓝宝石、锌硒晶体等。
2.熔层堆积法熔层堆积法是一种常见的制备玻璃材料的方法，它通过将熔融的物质在基板上依次堆层，然后快速冷却得到。
该方法可以制备出厚度达到数毫米甚至厘米级别的玻璃，如硼硅酸玻璃等。
3.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是利用溶胶和凝胶之间的相变关系来制备光学材料的方法。
该方法首先将材料溶解在溶剂中形成溶胶，然后将溶胶干燥得到凝胶，最后通过煅烧等方式得到所需材料。
该方法可以制备出具有较高红外透过性的材料，如二氧化硅、氧化铝等。
三、红外透过性光学材料的应用1.红外传感器红外传感器是一种利用红外光来感知物质的仪器，应用于温度测量、水和气体浓度检测、红外辐射测量等领域。
红外透过性光学材料是红外传感器中的重要元件，如硒化锌发射管中常用的窗口材料。
红外光学材料硫化锌概览
红外光学材料硫化锌概览作者：罗贞礼来源：《新材料产业》 2012年第8期本刊记者/罗贞礼红外光学材料是红外技术应用的基础之一，是指红外成像和制导技术中用于制造透镜、棱镜、窗口、滤光片、整流罩等的一类材料[1]。
从原理上分析，当太阳光透过大气层照射到地面上，大气对红外辐射的某些波段有吸收，而对另一些波段则可透过，透过的波段称之为“大气窗口”[2]。
相对而言，短波0.7 ～1μm、中波3 ～5μm和长波8 ～14μm这3个红外波段带的透过率高，也唯有能透过这几个波段红外线的材料才具有实际应用价值，尤其8 ～14μm波段，人体和其他地面室温物体的红外辐射均在这一波段内（10μm左右）。
因此，适用于8 ～14μm波段的红外材料﹝比如硫化锌（ZnS）、锗和硒化锌等﹞具有更重要的意义。
红外光学材料主要有硫化锌、金刚石、单晶锗、硅、砷化镓、氟化镁和蓝宝石等，它们的应用前景非常广阔，常用红外光学材料的热学力学光学性质可参见表1。
其中，硫化锌是目前最主要的多光谱红外光学材料，我国于1977年由上海冶炼厂接受上海市科学技术委员会下达的硫化锌等红外晶体材料的研制任务，研制初期，先采用工艺流程长、产品纯度不高的湿法冶金制备硫化锌粉料；后来又试用气相合成法，此工艺产品质量较好，但回收率较低并伴有废气产生；最后经过反复摸索，采用物理气相沉积工艺，制得高纯度的硫化锌晶体，1978年就研制出了第一批硫化锌等晶体材料。
现在，制备硫化锌粉料主要有热压法( H P )、物理气相输运法(PVT)和化学气相沉积法( C V D )等方法，因化学气相沉积法具有高纯度、高致密度和高均匀性等特点，已取代热压法和物理气相输运法而成为目前发达国家所采用的最常规制备方法。
化学气相沉积法硫化锌（CVD Z nS），由于其在可见波、中波和长波红外区域都具有良好的透过性能，因此被称作是一种“多谱段”光学材料，在民用领域与军事上都有十分重要的用途。
硫化锌为无色立方晶体，存在于闪锌矿中，见光渐变色，具有能带隙宽、折射率高、透光率高等物理特性，可用作分析试剂、涂料、白色和不透明玻璃、充填橡胶、塑料，以及用于制备荧光粉，是一种重要的化合物红外光学材料，在光学、电子和光电子器件等方面的应用潜力巨大。
常用红外光学材料及其加工技术
technologyvision科技视界作为红外光学材料使用的单晶材料有几十种袁较为常用的大约有十几种遥单晶材料的主要优点是制备技术相对成熟袁光学均匀性较好袁材料结构完整袁可避免内部结构缺陷等对红外光学性能的影响遥多晶材料则具有价格相对较低袁制备材料尺寸几乎不受限制袁可制备大尺寸及复杂形状等特点遥由于单晶材料的红外光学性能相对较好袁其使用量最大袁多晶材料则主要用于制备大尺寸零件所需毛坯遥2常用红外光学材料由于光学玻璃和塑料作为红外光学材料使用仍存在一些致命的缺陷袁而晶体材料则具有较为优良的红外光学特性袁因此袁现阶段各类红外光学仪器上所使用的光学元件袁特别是透射光学元件袁大部分采用的材料均为晶体材料袁其中又以锗尧硅尧硒化锌尧硫化锌等晶体材料的使用最为常见袁其在热像仪等红外光学仪器中的使用量达到了总使用量的80以上遥本文亦将主要介绍这几种红外光学晶体材料的基本情况遥表1显示了这些材料的基本理化性能遥表1几种常用红外晶体材料21锗单晶材料渊ge冤锗是一种半导体晶体材料袁在红外光学仪器中使用的锗单晶为n型袁晶相为渊111冤袁其结构为金刚石结构袁在红外波段有良好的透明性袁不溶于水袁化学性质稳定袁透射波长范围为1825滋m袁在透射波长范围内的折射率约为4袁色散较小袁是一种优良的红外光学材料袁在814滋m波段工作的红外光学仪器中使用量最大袁广泛用于制作红外透镜尧窗口尧棱镜等光学元件遥锗具有吸收系数和折射率随温度的改变而急剧变化的特性袁致使其透射率也会随着温度的变化而变化袁如图1所示遥图1锗材料透射率的温度特性由图1可见袁随着温度上升袁锗材料的透射率下降袁在300益条件下袁在812滋m波段几乎完全失透袁在35滋m波段透射率仅为25益时的20左右袁故锗不宜在高温下使用遥目前袁国内制备红外锗单晶材料的主要方法为直拉法渊czochrolski法冤袁相应的生产设备渊单晶炉冤和生产工艺已臻成熟尧完善遥为适应红外光学仪器高分辨率和遥感技术的要求袁红外锗单晶正向大尺寸化发展袁直径囟250mm的锗单晶已有商品化销售袁最大制备锗单晶尺寸达到了囟350mm遥22硅单晶材料渊si冤与锗类似袁硅也是一种金刚石结构的半导体晶体材料袁化学性质稳定袁不溶于水袁而且不溶于大多数酸类溶液袁但溶于氢氟酸尧硝酸和醋酸的混合液遥透射波长范围为1115滋m袁在15滋m波长处有一吸收峰存在遥硅的折射率也比较稳定袁约为34袁色散系数较小袁在35滋m波段被普遍用于制作透镜尧窗
红外光学玻璃与红外晶体材料光学特性
一、红外光学玻璃与红外晶体材料光学特性:1.晶体材料晶体材料包括离子晶体与半导体晶体离子晶体包括碱卤化合物晶体, 碱土—卤族化合物晶体及氧化物及某些无机盐晶体。
半导体晶体包括Ⅳ族单元素晶体、Ⅲ～Ⅴ族化合物与Ⅱ～Ⅵ族化合物晶体等。
离子型晶体通常具有较高得透过率, 同时有较低得折射率, 因而反射损失小, 一般不需镀增透膜, 同时离子型晶体光学性能受温度影响也小于非离子型晶体。
半导体晶体属于共价晶体或某种离子耦合得共价键晶体。
晶体得特点就是其物理与化学特性及使用特性得多样性。
晶体得折射率及色散度变化范围比其它类型材料丰富得多。
可以满足不同应用得需要, 有一些晶体还具备光电、磁光、声光等效应, 可以用作探测器材料。
[1]按内部晶体结构晶体材料可分为单晶体与多晶体①单晶体材料表1、1 几种常用红外晶体材料[1]名称化学组成透射长波限/μm 折射率/4、3μm硬度/克氏密度/(g·cm)溶解度/(g·L)HO金刚石C302、488203、51不溶锗Ge254、028005、33不溶硅Si153、4211502、33不溶石英晶体SiO4、51、467402、2不溶兰宝石AlO5、51、6813703、98不溶氟化锂LiF8、01、341102、600、27氟化镁MgF8、01、355763、18不溶氟化钡BaF13、51、45824、890、17氟化钙CaF10、01、411583、180、002溴化铊TLBr342、35127、560、05金红石TiO6、02、458804、26不溶砷化镓GaAs183、34(8μm)7505、31不溶氯化钠NaCl251、52172、1635硒化锌ZnSe222、41505、27不溶锑化铟InSb163、992235、78不溶硫化锌ZnS152、253544、09不溶KRS-5TLBr-TLI452、38407、370、02KRS-6TLBr-TLCl302、19357、190、01②多晶体材料表1、2红外多晶材料[1]材料透射范围/μm折射率/5μm硬度/克氏熔点/℃密度/(g·m)在水中溶解度MgF0、45～9、51、3457613963、18不溶ZnS0、57～15、02、2535410204、088不溶MgO0、39～10、01、764028003、58不溶CaF0、2～12、01、3720014033、18微溶ZnSe0、48～222、41505、27不溶CdTe2～302、74010455、85不溶常用得红外单晶材料包括Ge、Si、金红石、蓝宝石、石英晶体、ZnS、GaAs、MgF2、NaCl、TlBr、KHS-6(TlBr-TlCl) 与KHS-5(TlBr-TlI) 等, 具有熔点高、热稳定性好、硬度高、折射率与色散化范围大等优点,但晶体尺寸受限、成本相对较高。
红外光学材料
红外光学材料红外光学材料是一类能够吸收和传导红外光的材料。
红外光波长范围在0.75至1000微米之间，因此红外光学材料在许多领域中具有广泛的应用，包括红外图像传感器、红外相机、红外激光器等。
红外光学材料通常具有较高的透过率和较低的散射系数。
它们需要能够高效地吸收和传导红外光，同时具有较高的耐热性和化学稳定性。
目前主要有三类常用的红外光学材料：晶体材料、半导体材料和玻璃材料。
晶体材料是一类非常重要的红外光学材料，因为它们具有优异的光学性能和机械性能。
晶体材料通常由无机物质如氧化物或硫化物组成，它们具有较高的折射率、较低的散射系数和较高的硬度。
常见的红外晶体材料有硫化锌、硫化镉、氯化铟等。
这些材料具有较好的光学透明性和热稳定性，适合用于红外激光器和红外传感器等设备。
半导体材料是另一类常用的红外光学材料。
在红外光谱范围内，半导体材料通常具有较高的吸光系数和较低的折射率，这使得它们非常适合作为红外光学滤波器和红外探测器的材料。
常见的红外光学半导体材料有硒化铟、碲化锌等。
这些材料具有较高的红外感应能力，可以有效地检测和传导红外光。
玻璃材料是一类机械性能和光学性能较好的红外光学材料。
与其他红外光学材料相比，玻璃材料具有较低的折射率和较高的透过率。
玻璃材料适用于制造红外光学镜片、红外光学器件等。
常见的红外玻璃材料有硫化锌玻璃、硫化镉玻璃等。
这些材料具有较好的光学透明性和化学稳定性，可以有效地传导和吸收红外光。
总的来说，红外光学材料具有广泛的应用领域和重要的意义。
随着红外技术的不断发展，对红外光学材料的需求也将不断增加。
因此，研发更多新型的红外光学材料，提高其光学性能和机械性能，将会是未来的发展方向。
红外 光机系统 材料力学
红外光机系统材料力学
红外光机系统材料力学是研究红外光学材料在光机系统中的力学性能的学科。
红外光学材料是指能够在红外波段（通常指
1-1000 μm波长范围）工作的材料，包括红外抗反射材料、红
外透镜材料、红外窗材料等。
红外光机系统材料力学研究主要关注材料的力学性能，包括材料的力学强度、刚度、热膨胀性、热应力、疲劳寿命等。
这些性能对红外光机系统的使用寿命、稳定性和性能表现起着重要的作用。
在红外光机系统中，材料的力学性能对系统的成像质量、光学效率和稳定性等方面有直接影响。
例如，红外透镜材料的刚度直接影响透镜的形状稳定性和光学表面形状误差；热膨胀性会导致光学元件温度变化时的光学性能变化；力学强度和疲劳寿命则决定了系统在各种环境条件下的可靠性。
因此，红外光机系统材料力学研究在红外光学器件的设计和工程实践中具有重要的意义。
通过研究红外光学材料的力学性能，可以提高红外光学器件的稳定性和可靠性，优化系统的光学性能，并且为红外光机系统的设计和制造提供科学依据和指导。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
红外光学材料
红外光学系统与可见光光学系统的主要区别在于只有有限的材料可有效应用于中波红外和长波红外波段，能同时应用于这两个波段的材料就更少。
表2-1列出了几种比较常用的红外光学材料及其重要特性。
2.2.1红外光学材料的特点
红外光学系统中所使用的材料一般具有以下特点[i,ii,iii]：
（1）红外材料不仅种类有限，而且价格昂贵（一般在几千到几万元一公斤）。
（2）某些材料的折射率温度系数（dn/dt ）较大，导致焦距随温度的漂移较大。
如果工作温度范围较宽，则必须适当的选择红外光学材料或采取必要措施进行补偿。
（3）某些光学材料易碎，且化学稳定性差，使得加工以及安装困难，成品率不高。
（4）许多光学材料不透明，根据材料和波段的不同而表现出不同的颜色。
（5）红外光学材料受热时都会发生自辐射，导致杂散光形成。
表2-1 常用红外光学材料的特性
材料 折射率（4μm ）
折射率（10μm ）
dn/dt/℃ 锗 4.0243 4.0032 0.000396 硅
3.4255 3.4179 0.00015 硫化锌（CVD ） 2.252 2.2005 0.0000433 硒化锌（CVD ）
2.4331 2.4065 0.00006 AMTIR I 2.5141 2.4976 0.000072 氟化镁 1.3526 + 0.00002 蓝宝石 1.6753 + 0.00001 三硫化砷 2.4112 2.3816 × 氟化钙 1.4097 + 0.000011 氟化钡
1.458 * -0.000016 601228Se As Ge +
2.6038 0.000091 651520Se As Ge
2.6058
2.5858
0.000058
“+”不透过；“×”得不到；“*”透射，但折射率剧烈下降
图2.1 红外材料的光谱透过率
图2.1为较常用红外材料包括表面损失的透过率。
实际应用过程中涂镀高效抗反射膜可以达到相当高的透过率（95%-98%），图中未包含硫系玻璃（601228Se As Ge 、651520Se As Ge ）的透过率曲线。
厚度为1mm 的硫系玻璃在8-11μm 之间平均透过率大于65%，波动小于3%，损耗小于2.4%/cm 。
图2.2 常用红外材料的玻璃图
常用折射红外材料的玻璃图如图2.2所示，纵坐标表示折射率，横坐标表示阿贝常数 。
2.2.2常用红外光学材料
锗是一种最常用的红外材料，既可用于长波红外波段又可用于中波红外波
段。
在LWIR波段，它类似于可见光波段中消色差透镜中的冕牌或正元件；在
MWIR波段，它类似于可见光波段中消色差透镜中的火石或负元件，双色红外波
段作用不同的主要原因在于它在两个波段中的色散特性差异。
锗材料的折射率和
dn/）是它的两个重要参数。
首先，锗的折射率比4稍大，折射率温度系数（dt
dn/值是0.000396/℃，其值偏大，在有利于降低像差，对设计相当有利。
锗的dt
温度变化过程中可能产生大的焦移，系统必须采用某种形式的无热化，也就是所谓的消热差设计。
可以说这种材料优缺点并存。
由于多晶锗存在较大的折射率不均匀问题，大部分光学设计者则选用单晶锗材料。
锗可以采用金刚石车削的方法进行加工，但由于其脆性很强，容易变成碎屑，在光学加工、镀膜和装调的过程中需要小心对待。
由于锗元件的使用范围非常广泛，与它的优点相比这些缺点都变成了可以解决的问题。
硅是一种与锗相似的晶体材料，国内硅材料在9μm波段吸收强烈，进口硅在12μm波段吸收强烈，主要适用于MWIR，而不能应用在LWIR谱段。
硅的折射率稍低于锗（3.4255），它对于像差控制仍有足够的优势，此外硅的色散也是相当低的。
硅的加工也可用金刚石车削的方法，但难度大，有损车刀，固其较常用的加工方法是抛光。
硫系玻璃与氧化物玻璃相比，具有较大的密度和较弱的键强，其禁带宽度较
小（一般为1-3eV），因此具有较宽的光谱透射范围（>12μm），其透过波段可覆
盖三个大气窗口。
其折射率温度系数小，硒基硫系玻璃的dn/dt平均值为50-90
×10-6，可作为红外消热差材料；折射率较低（2.0-3.0），折射率色散特性在长
波与硒化锌相当，可作为红外消色散材料；可以采用精密模压技术制备红外光学
元件，加工成本低。
目前世界范围内的红外硫系玻璃制造商仅有三家，即美国
Amorphous Materials、德国Vitron Gmbh和法国Umicore公司。
国内硫系玻璃生产的主要单位有宁波舜宇红外技术有限公司、宁波大学红外材料及器件实验室、北京国晶辉公司等。
美国Amorphous公司现有AMTIR-1,2，3,4,5,6和C1七种牌号的硫系玻璃，德国Vitron公司现有IG2,3,4,5，6五种牌号的硫系玻璃，法国Umicore公司有GASIR○R1,2,3三种型号的硫系玻璃。
目前用于红外光学元件的硫系玻璃往往含砷成分，但随着世界各国环保意识增强和产品标准提高，无砷环保玻璃将是今后发展的趋势。
硒化锌和硫化锌也属于常用红外光学材料的范畴，它们可以通过化学气相沉
积（CVD）或热压[iv]方法得到。
硒化锌比硫化锌昂贵，主要适用于对吸收系数要
求不高的光学系统。
氟化钙可以用来制作红外光学棱镜、透镜以及大口径透镜、窗口等光学元件。
它可以消除二级光谱，对谱段复消色有利，但其价格和加工费用稍贵。
2002年，
国外能做的氟化钙的最大口径是170mm，现在可以做的更大，但价格偏贵。
国
内某公司提供的氟化钙玻璃的物理特性参数如表2-2所示。
表2-2 氟化钙玻璃的特性参数
化学式 CaF 2
晶类 Cubic, cleaves [111] plane
晶格常数 (Å) 5.46 密度 (g/cm 3)293K
3.18 分子量 78.08 介电常数 (105 Hz)
6.76 熔点 (K)
1630 导热系数 (W/m .K)273 K 10 热膨胀系数 (1/K)300 K 18.9×10 -6 比热 (cal/g . K )273 K 0.204 德拜温度（K ） 510 杨氏模量（GPa ） 75.79 挠折模量（GPa ） 0.0365 剪切模量（GPa ） 33.76 体积模量（GPa ）
83.03 泊松比 0.28
努氏硬度( Kg/mm 2)
178 [100], 160 [110]
氟化镁和蓝宝石仅用于MWIR 谱段。
由于氟化镁的折射率低，因而它通常不要求镀抗反射膜层。
价格相当昂贵的蓝宝石非常坚硬，它在高温下的热辐射非常低，这是它的主要特点。
反射率与介质折射率之间的关系如下：
2
2
(1)(1)n R n -=
+
(2.1)
红外材料通常有很高的折射率，所以一般反射率都很高，这就要求表面涂镀增透膜，否则系统的透过率将会很低。
对于红外材料的加工方法来说，由于一些晶体红外材料具有吸湿性，这就增大了光学车间加工的难度。
有些材料通常需要镀膜来防止水气的破坏，例如可以用干氮来清除外壳的水分。
[i] Warren J.Smith.Practical optical system layout. New York:McGraw-Hill companies,Inc,2004.2
[ii] Robert R.Shannon. The art and science of optical design. New York:Cambridge university press,1997.533～553
[iii] Rudolf Kingslak. Lens design fundamentals. California: ACADEMIC PRESS, 1978
[iv]余怀之.红外光学材料. 北京：国防工业出版社，2007。