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中红外激光材料范文
中红外激光材料范文中红外激光器是一种在中红外光波段（3-5微米或8-14微米）工作的激光器。
中红外光是一种具有重要意义的光波段，在军事、医学、环境监测等领域有着广泛的应用。
为了实现中红外激光器的高效工作，需要选择合适的中红外激光材料。
本文将介绍几种常用的中红外激光材料及其特性。
1.II-VI族化合物半导体材料：II-VI族化合物半导体材料是中红外激光器中最常用的材料之一、其中，锌硒（ZnSe）和锌硫（ZnS）是最常见的材料。
这些材料具有较高的激光门限和较低的损伤阈值，适合用于中红外激光器的工作。
此外，这些材料的折射率与空气接近，使得它们可以直接作为激光输出窗口使用。
2.IV族化合物半导体材料：IV族化合物半导体材料也是中红外激光器中常用的材料之一、其中，锗（Ge）和硅（Si）是最常见的材料。
这些材料的特点是折射率高、热导率好，且有较好的激光损伤阈值。
它们可以用于中红外激光器的光学部件，例如输出窗口和透镜。
3.共价锢合晶体（II-VI族和IV族晶体的复合晶体）：共价锢合晶体是一种由II-VI族和IV族晶体组成的复合晶体。
这些材料结合了II-VI族和IV族晶体的优点，具有较好的光学特性和激光性能。
例如，锗镓硒（GeGaSe）晶体在3-12微米波段具有宽的透过窗口，在中红外激光器中具有广泛的应用潜力。
4.型变玻璃材料：型变玻璃材料是一种特殊的非晶态金属玻璃材料。
它们具有较低的热导率和较高的折射率，适合用于中红外激光器。
此外，型变玻璃材料还可以通过控制其组成来调节其物理和光学性质，以适应不同的激光器要求。
总的来说，中红外激光器所需的材料应具有较低的损伤阈值、较高的折射率、较好的光学特性和激光性能。
在选择激光材料时，需要考虑到材料的透过窗口、光学元件、波导和激光源等方面的特性。
随着激光技术的不断发展，相信中红外激光材料将会有更多更好的选择出现，为中红外激光器的发展做出更大的贡献。
红外光学玻璃及红外晶体材料光学特性
一、红外光学玻璃与红外晶体资料光学特征：1. 晶体资料晶体资料包含离子晶体与半导体晶体离子晶体包含碱卤化合物晶体,碱土—卤族化合物晶体及氧化物及某些无机盐晶体。
半导体晶体包含Ⅳ族单元素晶体、Ⅲ～Ⅴ族化合物和Ⅱ～Ⅵ族化合物晶体等。
离子型晶体往常拥有较高的透过率,同时有较低的折射率,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的共价键晶体。
晶体的特色是其物理和化学特征及使用特征的多样性。
晶体的折射率及色散度变化范围比其余种类资料丰富得多。
能够知足不一样应用的需要,有一些晶体还具备光电、磁光、声光等效应,能够用作探测器械料。
[1]按内部晶体构造晶体资料可分为单晶体和多晶体①单晶体资料表几种常用红外晶体资料[1]名称化学构成透射长波限 /折射率 / μ m硬度/克氏密度/(g ·cm)溶解度μm/(g ·L)HO金刚石C308820不溶锗Ge25800不溶硅Si151150不溶石英晶体SiO740不溶兰宝石AlO1370不溶氟化锂LiF110氟化镁MgF576不溶氟化钡BaF82氟化钙CaF158溴化铊TLBr3412金红石TiO880不溶砷化镓GaAs18(8 μm)750不溶氯化钠NaCl251735硒化锌ZnSe22150不溶锑化铟InSb16223不溶硫化锌ZnS15354不溶KRS-5TLBr-TLI4540KRS-6TLBr-TLCl3035②多晶体资料表红外多晶资料[1]资料透射范围 / μm折射率 /5 μm硬度/克氏熔点/℃密度/(g ·m)在水中溶解度MgF～5761396不溶ZnS～3541020不溶MgO～6402800不溶CaF～2001403微溶ZnSe～22150不溶CdTe2～30401045不溶常用的红外单晶资料包含Ge、Si 、金红石、蓝宝石、石英晶体、ZnS、 GaAs、 MgF、 NaCl 、TlBr 、KHS-6(TlBr-TlCl)和KHS-5(TlBr-TlI)等，拥有熔点高、热稳固性好、硬度高、折射率和色散化范围大等长处，但晶体尺寸受限、成真相对较高。
红外材料目录幻灯片
膨胀系数( α 100/300℃)：62.9×10-7/k • 机械性能 奴普硬度(20℃，) 583 kgf /mm2 弯曲强度(20℃～260℃，MPa)82.7 压缩强度(20℃～260℃，MPa)115 弯曲弹性模量(20℃～260℃，GPa) 83 • 化学性质 耐酸 2级 耐水 4级 • 其它性质 比重（g/cm3） 3.4
IRB63
（样品厚度2.0mm)
80
透过率（%）
70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
波长（μ m)
• IRB63是砷—锑—硒（Ge-SbSe）系统中一种玻璃，它具 有良好的透过率、极低色散 性能，可同其他的红外材料 配合使用，应用于需色校正、 无热失焦的红外光学系 • 统中。应用波长范围：3-5μm and 8-12μm。 • IRB63可以用多种形式供货， 如：块料、片料、镜片毛坯 等。若客户需要的话，我们 • 也可以根据客户的图纸进行 加工，可以提供如：镀膜镜 片、窗口等。 • 注:对应美国的GASIR2
材料性能
• 成分:Ge-As-Se • 密度（ρ ）: 4.41g/cm3 • 热膨胀系数(α ):159×107/℃ • 比热(Cp): • 热导率: • 转变温度 (Tg):282℃ • 软化温度(Tf): :341 ℃ • 努氏硬度（HK）:152kgf /mm2 • 杨氏模量（E）: • 折射率温度系数: 55x106/K(10.6μ m) • 波长 折射率 • 10.0 2.4944
IRB11
红外性能
透过率（％）
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 波长（μ m) 5
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
红外光学材料第四章
第四章红外材料的制备方法和工艺4.1 引言实际能够应用的红外光学材料都是人工制取的，由于红外技术的飞速发展，应用的红外光学材料的种类和品种越来越多。
对于不同的红外光学材料其制备方法也不同，这些方法有：热压法、熔铸法、烧结法、热等静压法、热压和热等静压法、热交换法、垂直梯度凝固法、熔体直拉法和化学气相沉积法等。
在表4-1中列出了每种制备方法所适合于制备的红外光学材料。
本章概述除化学汽相沉积外各种制备方法的基本原理及一些主要红外光学材料的制备工艺。
4.2 热压工艺在20世纪50年代末和60年代初，II～VI族化合物半导体如ZnS、ZnSe和CdTe等在红外光学领域有广泛地潜在应用。
在这个期间用于生长元素半导体Si、Ge的Czochraski法已经比较成熟，但是，熔体生长法并不适合于制备这些II～VI族化合物，其原因在于这些化合物有比较高的熔点以及在它们熔点附近有比较高的蒸气压。
表4-2中列出了这三种材料的熔点和蒸汽压[1]。
由于有较高的蒸气压，在溶化过程中材料很快挥发凝固在冷却的炉壁上。
在这一时期，高压晶体炉技术还没有像现在这样完善，但也有一些科学工作者试图用耐高压的装置制备这些化合物［.2，3］，但得到的晶体尺寸很小，满足不了红外光学元件的尺寸要求。
表2 ZnS、ZnSe和CdTe的蒸气压因此，材料科学家把注意力转向比较成熟的制备氧化物陶瓷的热压方法上。
美国Eastman Kodak公司最先开始了用热压法研制和生产ZnS、ZnSe等红外窗口和整流罩材料。
4.2.1热压的工艺原理从热力学观点，由一个个颗粒度很小的粒子组成的物质，它的总能量是每个颗粒体自由能加上每个颗粒表面自由能之和。
由于颗粒度很小（通常在1μm 量级），总表面积很大，因此，表面自由能就很大。
从而，由粉末构成的物质是处于高能态，且有很高的无序度。
在某些条件下，当这些小颗粒粒子结合在一起能形成有序度最大、且表面积最小的晶体时，其总能量也变得最小，因此更加稳定。
红外光学材料第四章
第四章红外材料的制备方法和工艺4.1 引言实际能够应用的红外光学材料都是人工制取的，由于红外技术的飞速发展，应用的红外光学材料的种类和品种越来越多。
对于不同的红外光学材料其制备方法也不同，这些方法有：热压法、熔铸法、烧结法、热等静压法、热压和热等静压法、热交换法、垂直梯度凝固法、熔体直拉法和化学气相沉积法等。
在表4-1中列出了每种制备方法所适合于制备的红外光学材料。
本章概述除化学汽相沉积外各种制备方法的基本原理及一些主要红外光学材料的制备工艺。
4.2 热压工艺在20世纪50年代末和60年代初，II～VI族化合物半导体如ZnS、ZnSe和CdTe等在红外光学领域有广泛地潜在应用。
在这个期间用于生长元素半导体Si、Ge的Czochraski法已经比较成熟，但是，熔体生长法并不适合于制备这些II～VI族化合物，其原因在于这些化合物有比较高的熔点以及在它们熔点附近有比较高的蒸气压。
表4-2中列出了这三种材料的熔点和蒸汽压[1]。
由于有较高的蒸气压，在溶化过程中材料很快挥发凝固在冷却的炉壁上。
在这一时期，高压晶体炉技术还没有像现在这样完善，但也有一些科学工作者试图用耐高压的装置制备这些化合物［.2，3］，但得到的晶体尺寸很小，满足不了红外光学元件的尺寸要求。
表2 ZnS、ZnSe和CdTe的蒸气压因此，材料科学家把注意力转向比较成熟的制备氧化物陶瓷的热压方法上。
美国Eastman Kodak公司最先开始了用热压法研制和生产ZnS、ZnSe等红外窗口和整流罩材料。
4.2.1热压的工艺原理从热力学观点，由一个个颗粒度很小的粒子组成的物质，它的总能量是每个颗粒体自由能加上每个颗粒表面自由能之和。
由于颗粒度很小（通常在1μm 量级），总表面积很大，因此，表面自由能就很大。
从而，由粉末构成的物质是处于高能态，且有很高的无序度。
在某些条件下，当这些小颗粒粒子结合在一起能形成有序度最大、且表面积最小的晶体时，其总能量也变得最小，因此更加稳定。
红外光学材料第三章
第三章 红外光学材料的热学、力学性质3.1.引言到目前为止，红外光学材料都是无机非金属材料。
它的最大特点是脆性，和传统的结构陶瓷特点是一样的，因而应归类为陶瓷材料。
尽管其中有一些是属于半导体材料，因为它们在一定的波段是光学透明的，又可以称它们为光学陶瓷。
除过少数半导体红外光学材料（如Ge 、Si ）外，光学陶瓷在电学上都是绝缘体。
因而也是热的不良导体（有少数例外，如金刚石）。
在红外光学材料的应用中，除光学性能必须要考虑以外，力学性能、热学性能和化学性能也要同时考虑。
尤其是，在严酷环境中使用的窗口和整流罩，力学性能和热学性能则体现在抗热冲击的能力、抗沙粒腐蚀和抗雨滴腐蚀的能力上。
因此，为某一特定用途而选择红外光学材料时，要折中考虑。
本章对目前使用或研制的一些红外光学材料的力学和热学性质以及抗热冲击、抗沙蚀、抗雨蚀的实验结果作一介绍和分析。
在一些性质上力求能给出较为准确的参考值。
3.2.红外光学材料一般力学和热学性质这里对表征红外光学材料力学性质和热学性质的参数作一简单的描述。
3.2.1弹性模量E 和泊松比ν一个横截面积为S ，长度为L 的圆柱光学陶瓷体，两端加紧，施加拉伸力F ，则作用于单位面积上的应力SF =σ。
在拉伸力作用下，陶瓷体内部各质点之间会发生相对位移，因而长度将从L 变为L L ∆+， L L ∆称为陶瓷体的应变，用ε表示。
注意一点是，当拉伸力消失，则陶瓷体长度又恢复到L ，陶瓷体的形变属于弹性形变。
当拉伸力超过某一临界值，发生断裂。
金属在拉伸的初始阶段呈现弹性形变。
当拉伸力达到一定程度出现塑性形变，继续增加拉伸力则发生塑性断裂。
图3-1表示了陶瓷和金属的断裂行为。
对于弹性形变，应力和应变遵守虎克定律，即E σε= （3-1）或εσ=E （3-2） 式中：E 称为弹性模量（又称为杨氏模量）。
当受到剪切应力（τ）作用发生剪切应变（γ）时，有γτ=G （3-3） 式中：G 为剪切模量。
当受等静压力压缩时，压缩应力σ与体积应变εv 之间有vK εσ= （3-4） 式中：K 为体积弹性模量。
红外光学材料第一章
第一章红外光学材料基础1.1 引言在研制和使用红外光学材料时，必然要涉及到材料的光学和力学性质，如透过率、吸收系数、发射率、折射指数、色散等光学性质，还有断裂强度、断裂韧性等力学性质，以及使用环境对材料性能的影响如抗热冲击、沙蚀、雨蚀等。
这就需要对这些参数的含义以及物理过程能有一个基本的了解。
因此，本章所叙述的基础知识都是直接和材料性能密切相关的，以便读者能比较容易的地了解以后的内容。
1.2 大气窗口高于绝对零度的任何物体都会产生热辐射。
这种热辐射本质上是电磁波，也称为电磁辐射。
其特性可以用频率ν和波长λ表示。
这种电磁辐射波的传播速度，c=λν，c为光速（c＝2.99792458×108m/s）。
自然界存在各种不同频率（或波长）的电磁波，如γ射线、х射线、紫外线、可见光、红外线、微波等。
在表1-1中给出了各种电磁波所对应的波长和频率。
根据普朗克理论，室温（300K）下物体辐射电磁波的波长处于红外波段。
先进的红外探测器（如InSb、HgCdTe、PbSnTe等）能在红外波段远距离“看见”辐射红外电磁波的物体形貌。
红外辐射经过在空气中的传播才可到达探测器。
理论和实验都证明大气层中辐射电磁波的传播将会随距离而衰减。
这是由于大气本身对辐射电磁波的吸收和散射作用，从而导致辐射电磁波强度随传播距离而降低。
表1-1各种电磁波所对应的波长和频率地球表面上的大气随着离开地面的距离按其特性（如温度、大气组成等）可分为五层：对流层（0 km ~12km），平流层（12 km ~50km），中间层（50 km ~80km），电离层（80 km ~500km），逸散层（500 km ~750km）。
影响人们生活以及红外光学应用主要是对流层，对流层的特点是气体密度大，且随高度的增加温度下降。
大气是由两部分气体组成。
不变气体（N2、O2、Ar、H、He等）和可变气体（H2O、CO2、CO、O3、CH4等）。
前者成分比例及含量基本上不随时间地点而变化，后者则随时间地点在变化，这两部分构成了大气的主要成分。
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。
红外光学材料第五章
第五章化学汽相沉积制备红外光学材料5.1引言化学汽相沉积是反应剂以汽相状态在一定温度下经过热分解或不同反应剂分子之间发生化学反应而生成特定固体产物，它的至少一种副产物一定是气态的一种工艺技术。
和其他材料制备方法相比，化学汽相沉积技术有许多优点：①沉积温度低，对许多高熔点金属，如W、Mo等通过化学汽相沉积可以制成棒材、管材或其他异形结构；②借助化学反应可以制取高强度、高耐磨性和高抗腐蚀性化合物材料，如C－BN、TiN、TiC以及金刚石和类金刚石等，尤其是C－BN 和金刚石，用其他工艺只能得到颗粒产品；③对许多化合物，其中一个组分在该材料熔化状态有比较高的蒸气压，如GaAs、GaP、ZnS和ZnSe等，用化学汽相沉积技术能容易制备出大尺寸和任意形状的晶体，成本较低。
采用熔体方法，成本高且难以做到大尺寸；④汽相生长的固有特点是生长速率较低，因此，生长薄层（如外延层）厚度容易控制，外延生长技术在半导体电子工业中已有很广泛的应用；⑤化学汽相沉积的温度一般远低于所沉积材料的熔点，因此，能容易得到高纯度和结晶完整的膜层，因为反应气体和反应器壁及炉内其他构件几乎不发生化学反应，故对膜层的玷污少。
因有以上特点，故有广泛的应用。
这种技术已广泛用于制备各种无机材料，用于保护涂层的金属膜（如W、Al、Mo、Au、Cu和Pt等）［1~5］。
用于硬的或扩散阻挡层的陶瓷材料（如Al2O3、TiC、SiC、B4C、TiB2、H f C等）［6~11］；根据需要掺杂的半导体外延层（如GaAs、GaP、InP、Si等）［12~16］，用于热阻挡涂层的难熔氧化物（ZrO2）［6、17］，抗腐蚀的保护涂层（如BN、MoSi2、SiC和B4C等）［18~20］，用于制造复合材料的纤维（如B、B4C和SiC）［24］；红外光学材料（ZnS、ZnSe、CdS、CdTe）［25~29］和块状陶瓷材料（Si3N4、SiC、BN）［30~34］总括起来，用化学汽相（chemical vapor deposition）工艺可以制备四种形式的材料：纤维、粉末、薄层和块材。
红外光学材料第六章
第六章金刚石光学材料6. 1概述金刚石由于在自然界及其稀少，同时又具有许多独特的性质，因而成为非常昂贵的物质。
从19世纪开始科学家就在企图用人工方法合成金刚石。
Bundy及其同事[1]成功的用高温、高压技术人工合成了金刚石，开创了金刚石人工合成的新纪元。
这种方法是在高温（3000℃）、高压（300MPa）条件下由石墨直接转变成金刚石。
在这样的高温高压条件下，金刚石在热力学上是稳定的，而石墨是不稳定的。
虽然人工合成了金刚石，这样的金刚石多为尺寸很小的颗粒状。
通常在1μm量级，况且这样的设备条件过于苛刻。
后来发现用Ⅷ族金属元素做催化剂，在金刚石的合成中压力和温度可以降低，而且合成的金刚石的尺寸可达几百微米。
在1958年，Eversole第一次汽相合成了金刚石[2]，将含碳的气体通入放置天然金刚石粉（作为籽晶）的管子中，金刚石粉加热到1000℃且管子保持102Pa 压力。
在金刚石粉上形成了新的金刚石，其后又逐渐附上一层黑色的石墨层。
石墨层的出现妨碍了金刚石的继续生长，把这样的金刚石粉在H2气氛中，5MPa 下加热到1000℃，则石墨可以除去，接着继续金刚石生长。
金刚石生长过程需要沉积－去石墨反复循环。
实验中发现用甲基（CH3－）族，如甲烷、乙烷、丙烷、丙酮等均可生长出金刚石；用不含有甲基的如苯（C6H6）则不能合成金刚石。
估计金刚石的生长速率约为。
于是提高生长速率就成为主要的研究课题。
从1960年开始前苏联科学家对于汽相合成金刚石进行了广泛的研究，所采用的实验方法有：碳－氢气热分解、用Xe灯的热分解、辉光放电、热丝方法、化学输运反应以及激光等这些也都能合成金刚石。
从这些早期的汽相合成金刚石研究工作中，可以得到如下一些有用的结果：（1）生长温度在1000℃左右。
（2）反应剂应该是甲基有机物，如甲烷、丙酮等。
（3）在这样低的温度下，石墨在热力学上是稳态，而金刚石则是亚稳态，因而容易产生石墨或非晶碳的共沉积。
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。
红外光学材料介绍
红外光学材料介绍红外光学材料是指应用在与制导技术和红外成像中，制造滤光片、透镜、棱镜、窗口片、整流罩等的一类材料。
这些材料具有物化性能满足需要，即主要指标是：良好的红外透光性和宽的投影波段。
一般来说，红外光学材料的透射率和透射与材料的内部结构，特别是化学键和能级结构密切相关。
例如，对于晶体材料，短波吸收极限主要取决于带隙，而长波极限则取决于声子吸收，即晶格振动吸收，晶格振动的频率t与吸收长波极限有关，即振动频率t越低，长波极限越大，对于金刚石晶体材料来说，红外波段存在较强的一次晶格振动谐波和较弱的亚谐波吸收，因此金刚石结构晶体具有较好的透光率和较宽的频带特性。
对于晶体材料，在不考虑库和缺陷（孔隙率等）的情况下，大多数单晶材料的红外透明度与多晶体材料几乎相同。
由于多晶材料的性能与单晶相同，内部不存在固溶体，其力学强度、抗热震性、经济性等方面都有很大的提高。
由于是单晶，所以可以实现大尺寸等。
在某些领域，它已经取代了单晶材料。
玻璃和塑料的投影带和透射率与原子和分子结构有关，但由于其结构的长期无序性，其短、长波吸收极限与带隙和声子吸收之间的关系较为模糊，玻璃与塑料的应用与研究是近年来的一个活跃领域。
如今，红外材料已发展成为一个大家庭，其技术复杂多样，令人眼花缭乱。
本文仅介绍了近年来几种重要红外材料的应用和发展。
晶体材料晶体材料是人们最先使用的一种红外光学材料，也是目前使用的主要光学材料，晶体材料包括离子晶体和半导体晶体，离子晶体包括碱金属卤化物化合物晶体、碱土金属、卤化物化合物晶体、氧化物和一些无机盐晶体，半导体晶体包括氮元素晶体的o族、o族化合物和o 族化合物晶体等。
离子晶体通常具有较高的透过率和较低的折射率，因此反射损耗较小。
一般不需要涂减反射膜。
同时，与非离子晶体相比，离子晶体的光学性质受温度的影响较小，该晶体具有多种物理和化学性质，它可以满足不同应用的需要。
有些晶体还具有光学技术、磁光效应、声光效应等。
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
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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（n/n）<3×10-吸收系数（ 1/cm） 5.0×10-3@1300nm7.0×10-4@2700nm×10-4@3800nm4.0×10-4@5250nm4.0×10-4@10600nm5.0热光系数 dn/dT(1/k,298—358k) 1.07×10-×10-5@1150nm7.0×10-5@3390nm6.2×10-5@10600nm6.1折射率 n 随波长的变化（ 20℃）波长 (nm)折射率 (n)波长 (nm)折射率 (n) 620 2.599410600 2.40281000 2.489213000 2.38503800 2.433914600 2.37055000 2.429516600 2.34877000 2.421817800 2.33339000 2.412218200 2.3278理化性质：晶体结构立方体密度(g cm-3@298k) 5.27电阻率(Ω cm)~ 1210熔点(℃)1525化学纯度 (%)99.9996热膨胀系数 (1/k)7.1* 10-6@273k7.8* 10-6@373k8.3* 10-8 @473k热导率(J/k .m. s)18.0 @ 298k热容量(J/g .k)0.339 @298kknoop 硬度 (kg/mm2)110抗弯曲强度 (Mpa)55杨氏模量(Gpa)67.2泊松比0.28激光损伤阈值：（10600nm 脉冲激光，脉冲宽度 =15μs）入射方式损伤阈值（J/cm2）正入射>20布鲁斯特角>152，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：CVD 硫化锌多光谱 CVD 硫化锌密度 (g . cm-3 @ 298k) 4.09 4.09电阻率 (Ω . Cm)~ 1012~ 101.3熔点(℃)1827化学纯度(%)99.9996热膨胀系数 (1/k) 6.6* 10 -6@273k7.3* 10 -6@373k热导率(J/k.m.s)16.7@298k热容量(J/g.k)0.469@298k knoop 硬度 (kg/mm2)200-235抗弯曲强度(Mpa)103杨氏模量(Gpa)74.5泊松比0.29光学性质：CVD硫化锌透过范围波长1000nm---14000nm折射率不均匀性（n/n）<7.3* 10 -4@10600nm吸收系数(1/cm)0.2 @ 10600nm热光系数dn/dt(1/k,298-358k) 4.6* 10 -5@1150nm4.3* 10 -5@3390nm4.1* 10 -5@10600nm99.99966.3* 10 -6 @273k7.0* 10 -6 @373k27.2@298k0.515@298k16074.50.28多光谱CVD硫化锌370nm—14000nm<0.2* 10 -0.2 @10600nm5.43* 10 -4.21* 10 -5@1150nm 3.87* 10 -5@3390nm折射率随波长的变化（CVD 硫化锌（ ZNS）（20 摄氏度）波长 (nm)折射率 (n)波长 (nm)折射率 (n) 620 2.3559800 2.2031000 2.29210600 2.1923800 2.25311400 2.1805000 2.24612200 2.1677000 2.23213800 2.1329000 2.21214200 2.126多光谱 CVD 硫化锌 (CLEARTRAN ZnS)(20 摄氏度 )波长 (nm)折射率 (n)波长 (nm)折射率 (n) 400 2.5458000 2.2231010 2.2929000 2.2132060 2.26410000 2.2013500 2.25511250 2.1834500 2.25012000 2.1715000 2.24713000 2.1533,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)Wavelength (micrometers)Magnesium Fluoride (MgF2)Wavelength ( micrometers)物理性质：氟化钙 (CaF2)氟化镁 (Mgf2)密度 (g . cm-3 ) 3.18 3.177介电常数 6.76 @1HMZ 4.87( 平行 C 轴 ),5.44( 垂直 C轴 )熔点(℃)13601255化学纯度(%)99.999699.9996热膨胀系数 (1/℃)18.85* 10 -613.7* 10 -6(平行 ) 驶 8.48*10-6 (垂直 )7.3* 10 -6@373k7.0* 10 -6 @373k热导率(J/k.m.s)9.710.3 @ 27℃热容量(J/g.k)0.854 1.003 @ 298k knoop 硬度 (kg/mm2)158.3415杨氏模量 (GPa)75.8138.5剪切模量(GPa)33.7715.66泊松比0.260.276体弹模量 (Gpa)82.71101.32光学性质：氟化钙 (CaF2(氟化镁 (MgF2)透过波长范围130nm---10000nm110nm— 7500nm反射损耗（ 2 面） 5.4% @ 5000nm11.2% @ 120nm5.1% @ 1000nm热光系数 .dn/dT(1/℃ )-10.6*10 -6 2.3*10-6 @ 400mnm 折射率性质：(CaF2)波长 (nm)折射率 (n)波长 (nm)折射率 (n)190 1.512650 1.42210 1.493900 1.41250 1.475000 1.40330 1.456200 1.38410 1.447000 1.36880 1.438220 1.34(MgF2)波长 (nm)折射率 (n1)折射率 (n2)200 1.42 1.43230 1.41 1.42270 1.40 1.41340 1.39 1.40560 1.38 1.394,进口氟化钡红外光学材料氟化钡 (BaF2)在 200—9500nm 光谱范围有接近 90%的光学透过率。
通常应用于低温制冷成像系统，航天光学系统和激光光学系统中的透镜，分束镜，滤光片，棱镜和窗口等。
该材料有一定的水溶解主适合干燥环境下使用。
光学性质 :透过波长范围150nm—12500nm吸收系数 (1/cm) 3.2*10 -6 @6238nm热光系数 ,dn/dT (1/k)-15.2*10 -6 @400nm-12.7*10 -60@3390.nm(-60℃)-15.2*10 -60@3390.nm(+60℃ )10-6透过率曲线 :Barium Fluoride (BaF2)Wavelength ( μ m)理化性质：密度(g cm-3) 4.89熔点(℃)1280介电常数7.33 @ 2MHZ热膨胀系数 (1/℃)1.81*10-6@-100----+200体弹模 (Gpa)56.4剪切模 (Gpa)25.4热导率(J/k .m. s)11.72 @ 286k热容量(J/g .k)0.410 @300kknoop 硬度 (kg/mm2)82视在弹性极限 (Mpa)26.89杨氏模量(Gpa)53.07泊松比0.343带隙 (ev)26.89水溶性 (g/l) 1.7折射率随波长的变化 :)(20℃)波长 (nm)折射率 (n)波长折射率260 1.515140 1.45300 1.506500 1.44360 1.498000 1.43480 1.488600 1.42850 1.479200 1.413240 1.469800 1.405,氟化锂 (LiF) 晶体氟化锂 (LiF) 晶体是常用红外光学材料中折射率最小的，它的透射光谱范围为120nm—7000nm，通常用于热成像系统，航天光学系统和准分子激光光学系统的透镜，棱镜和窗口。
该材料的水溶解度较高，热膨胀系数较大，大大气环境下使用时，要采取特别的措施防止其潮解和变形。
透过率曲线：Wavelength (micrometers)理化性质 :密度(g cm-3) 2.639熔点(℃)870介电常数9.1 @ 25℃热膨胀系数 (1/℃)37*10-6体弹模量 (Gpa)62.03剪切模量 (Gpa)55.14热导率(J/k .m. s)40.1 @ 41℃热容量(J/g .k) 1.562 @10℃knoop 硬度 (kg/mm2)102-113视在弹性极限 (Mpa)11.2杨氏模量(Gpa)64.79泊松比0.32弹性系数C11=97.4 C11=40.4C11=55.4水溶解性 (g/l) 2.7光学性质 :透过波长范围120nm—7000nm折射率 1.3943 @ 500nm热光系数 ,dn/dT (1/k)-12.7*10 -6 @600nm反射损耗 (%) 5.3 @500.nm折射率随波长的变化 :)(20℃)波长 (nm)折射率 (n)波长折射率200 1.51600 1.45220 1.501750 1.44240 1.492750 1.43290 1.483400 1.42390 1.476 砷化镓 (GaAs) 晶体砷化镓 (GaAs) 晶体的化学稳定性好透过率 , 广泛应用于热红外成像系统窗口需要反复擦拭的条件下 , 砷化镓,硬度高 ,抗恶劣环境能力极强,它在2μm--- 14μm光谱范围有很好的, 大功率 CO2激光光学系统和FLIR 系统 . 在现场环境很差, 光学镜头或(GaAs) 常被用来替代硒化锌(ZnSe) 作为红外镜头或窗口的材料.透过率曲线 :Gallium Arseide (GaAs)Wavelength( μm)理化性质 :密度(g cm-3) 5.32 @300K熔点(℃)1238介电常数静态 /高帧12.85/10.88 @ 300K热膨胀系数 (1/℃)5.7* 10-6 @300K体弹模量 (Gpa)101.32剪切模量 (Gpa)55.66 @298K热导率(J/k .m. s)55 @ 300K热容量(J/g .k)0.32knoop 硬度 (kg/mm2)731视在弹性极限 (Mpa)49.46杨氏模量(Gpa)138.5 @298K泊松比0.31 @293KDebye 温度 (k)360带隙 (ev) 1.4光学性质 :透过波长范围1000nm— 14000nm吸收系数0.01 @ 2500nm— 11000nm热光系数 ,dn/dT (1/k)160-120*10-6—12000nm@3000nm折射率随波长的变化 :)(20℃)波长 (nm)折射率 (n)波长折射率4000 3.3114500 2.828000 3.3415000 2.7310000 3.1317000 2.5911000 3.0419000 2.4113000 2.9721900 2.1213700 2.897,国产锗 (Ge)单晶锗 (Ge)单晶是一种化学惰性材料,它的透射光谱范围为2--12μm,是一种非常常用的红外光学材料,具有硬度高 ,导热性好 ,不溶于水等特点.广泛用于红外成像系统和红外光谱仪系统.锗单晶的机械性能和导热性能好 ,在 10.6μm 处的吸收很小 ,是 CO2 激光透镜 ,窗口和输出耦合镜的理想材料.锗 (Ge)单晶还被用做各种红外滤波器的基底材料.透过曲线 :Germanium(Ge)Wavelength( μm)理化性质 :密度(g cm-3) 5.33熔点(℃)936介电常数静态 /高帧16.6 @ 9.37GHZ(300K)热膨胀系数 (1/℃)6.1* 10-6 @298K体弹模量 (Gpa)77.2剪切模量 (Gpa)67热导率(J/k .m. s)58.61 @ 293K热容量(J/g .k)0.31knoop 硬度 (kg/mm2)780杨氏模量(Gpa)102.7泊松比C110.28弹性系数1111=129 C =48.3 C =67.1光学性质 :透过波长范围2000nm— 12000nm吸收系数 (1/cm) 1. 1.3*10 -3 @ 3800nm2.3*10-2 @ 10600nm热光系数 ,dn/dT (1/k) 4.08*10-4 @10600nm折射率随波长的变化 :)(20℃)波长 (nm)折射率 (n)波长折射率2200 4.08798000 4.00573000 4.04519000 4.00403800 4.026710600 4.00285000 4.016011000 4.00256000 4.010712000 4.00217000 4.007913000 4.00188,进口硅 (Si)单晶硅 (Si) 单晶是一种化学惰性材料 ,硬度高 ,不溶于水 .它在 1-7μm 波段具有很好的透光性能,同时它在远红外波段 300-300μm也具有很好的透光性能,这是其它光红外材料所不具有的特点.硅 (Si) 单晶通常用于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 ,也是制作激光反射镜的常用材料.透过曲线 :理化性质 :密度(g cm-3) 2.33熔点(℃)1420介电常数13 @ 10GHZ热膨胀系数 (1/℃)4.15* 10-6体弹模量 (Gpa)102剪切模量 (Gpa)79.9热导率(J/k .m. s)163.3 @ 273K热容量(J/g .k)0.733knoop 硬度 (kg/mm2)1150杨氏模量(Gpa)131泊松比0.266弹性系数C11=167 C11=65C11=80光学性质 :透过波长范围1000nm— 10000nm 30000nm— 300000nm热光系数 ,dn/dT (1/k) 1.6*10 -4吸收系数 (1/cm) 1.6*10 -3 @3000.nm折射率随波长的变化 :)(20℃)波长 (nm)折射率 (n)波长折射率1357 3.49754000 3.42571367.3 3.49264258 3.42451395.1 3.49294500 3.42361529.5 3.47955000 3.42231660.6 3.46965500 3.42131709.2 3.46646000 3.42021813.2 3.46086500 3.41951970.2 3.45377000 3.4189 2152.6 3.44767500 3.4186 2325.4 3.4438000 3.4184 2714.4 3.43588500 3.4182 3000 3.43210000 3.4179 3303.3 3.429710500 3.4178 3500 3.428411040 3.4176。