帶你深入了解紅外線波段 (IR) 材料特性

日期：2024/07/03

宏惠光電提供客戶元件、組件、模組乃至系統(設備)的設計整合、開發，亦提供跨領域多元性之整合。並對於客戶開發中的未成熟產品，提供相當的光學經驗及專業，幫助客戶實現目標與應用需求。

光學元件是由各種基材所製造的，而材料的特性決定了光學元件在特定應用中的適用性。以下是一些常用於紅外（IR）應用的基材及其典型用途。

材料介紹:

藍寶石（Al2O3）

當想到藍寶石時，許多人可能會聯想到優雅戒指、耳環和項鍊中精緻的深藍色調。然而，在光學元件中，藍寶石，也被稱為Al2O3。

為光學目的而合成的藍寶石具有很高的耐用性，化學抗性以及高透光性和熱導率。它還是第二硬的晶體（僅次於鑽石），因此成為許多工程師、設計師和製造商尋求耐用光學元件的首選基材。

藍寶石光學元件的用途
藍寶石可以製成各種光學元件，包括Windows、Lightguides、Lenses、Prisms等。由於其耐用性和抗刮性，藍寶石常被用於今日的豪華手錶表面。此外，從雷射醫療設備到水下相機的各種設備中也能找到藍寶石Window的應用。

鍺（Ge）

與鑽石具有相同的晶體結構，鍺在應用紅外（IR）波段的產品中非常受歡迎。作為高密度基材，它常用於不考慮元件重量的應用中。需要注意的是，鍺不適合在溫度超過100ºC的系統中使用。

鍺光學元件的用途
通常，鍺可用於利用紅外波長的應用中。它通常以長通濾光片的形式出現，因其可阻擋可見光和紫外光波段。鍺還用於傅里葉變換紅外光譜學（FTIR）中的棱鏡，以及前視紅外（FLIR）系統和熱成像應用中的窗鏡和透鏡。

硒化鋅（ZnSe）

作為多晶基材，硒化鋅（ZnSe）從600nm到21µm具有高透射性，在1到15µm之間透射率約為70%。儘管是一種危險材料，ZnSe不溶於水，具有高純度、化學惰性和高損傷閾值。

硒化鋅光學元件的用途
在CO2激光系統中非常受歡迎，特別是用於雷射級IR透鏡和光束合成器。ZnSe被用於各種光學元件，包括諧振器和光學窗鏡，這些窗鏡用於分離諧振器光學元件中的氣體介質，並在FLIR和熱成像應用中提供保護。

硫化鋅（ZnS）

比ZnSe更軟，硫化鋅（ZnS）是一種廣泛使用的紅外透射材料，通常用於製造透鏡、棱鏡、窗口和毛坯等各種光學元件。其外觀從淡黃色到透明，在0.4到12μm之間透射率約為50%，在15μm附近降至零。

硫化鋅光學元件的用途
與ZnSe類似，這種基材因其在紅外光譜中的低吸收性而在CO2激光器中作為諧振器窗口非常理想，並且在FLIR系統中也有應用。

矽（Si）

矽是一種非常硬的礦物和光學材料，可用於近紅外（NIR）[1µm]到約6µm波段。由於其密度較低，矽常被用作鍺的輕質替代品，且其折射率低於鍺。

矽光學元件的用途
矽常被用作窗口和透鏡，用於近紅外和中波紅外（MWIR）熱成像應用中，作為一種更輕質、更具成本效益的替代品。

砷化鎵（GaAs）

砷化鎵（GaAs）是一種堅硬的紅外透射材料，具有與鍺相似的機械性能。其硬度為HK750，具有化學穩定性且不吸濕。在2到15µm之間的透射率約為40%，低吸收率，且可應用寬帶抗反射（BBAR）鍍膜以提高GaAs的光譜性能。

砷化鎵光學元件的用途
由於其耐用性及在中波紅外（MWIR）[3和5µm]和長波紅外（LWIR）[8和12µm]波段的透射性，GaAs透鏡和窗口是FLIR系統的理想基材。此外，GaAs目前是將太陽能轉化為電能的最有效材料，因此通常用作高效太陽能電池。

以上僅列舉了一些常用於紅外系統的基材。