红外透射材料
能透过红外辐射的材料，用于制造红外仪器的部件，如红外探测器的窗口、红外仪器光学系统的透镜和棱镜等。对这些材料的要求是：①能透过所需波段的红外辐射；②有尽可能高的透射比；③机械强度高；④化学稳定性好。
若红外透射材料是平板型，当红外辐射投射到它的表面上时，部分被反射，其余进入体内。进入体内的有一部分被吸收,剩余部分透射过去。若吸收比为α，反射比为ρ，透射比为τ(都是对入射辐射功率之比而言)，则α＋ρ＋τ＝1。红外透射材料要求有尽可能大的τ，α、ρ应尽可能小。后两者皆取决于物质的微观结构。
α决定于物质内部的辐射吸收过程，如晶格振动吸收所引起的基本吸收，分子晶体中的分子振动和转动所引起的特征吸收，以及半导体中电子从价带跃迁到导带的本征吸收。这些都是材料所固有的辐射吸收过程。此外,尚有杂质吸收、自由载流子吸收,多晶体中晶粒间界的散射所引起的辐射衰减也相当于吸收。固体材料中任一个固有的辐射吸收过程，都会在某一波段引起相当大的吸收。因而τ必然很小。因此,红外透射材料的透射波段只能选择在没有这类固有吸收过程的波段内，而且其他吸收也必须降低到可以忽略的程度,即α≈0。这样,就只有反射的损失。
反射有漫反射和镜面反射两种。漫反射与表面光洁度有关，越光洁漫反射率就越低。必须设法将这部分反射损失降低到可忽略不计的程度。镜面反射与材料的折射率有关。在没有吸收的波段,对于垂直投射的辐射,其反射率为
式中n为材料的折射率。反射率是指一个面上反射辐射功率与入射辐射功率之比。通常在测量时，把红外透射材料做成有两个平行表面的薄板。当进入材料的辐射碰到第二个表面时，也有部分被反射,回到第一个表面,而且又有部分辐射透出表面，与第一次反射辐射叠加。因而实际测量的反射比是多次反射的叠加，其结果为
折射率越大，反射率和反射比就越大。有些半导体材料的折射率大致为4。因此，在透明区反射损失约为 53％。这一反射损失，可用增透膜的办法予以减小。
红外透射材料
材料的机械强度和化学稳定性也是由材料的本质决定的。因此，有用的红外透射材料是在研究大量固体材料的基础上选择出来的。图中为常用的几种红外透射材料的透射光谱。
红外透波材料的研究发展 摘要：红外透波材料是指对红外线透过率高的材料，是红外技术的应用基础之一。本文介绍了几类常用红外透过材料的基本性质，简述了其制备技术及发展现状，并讨论了各自存在问题，并对红外透波材料未来发展进行了展望。 关键词：红外透波材料；玻璃；晶体；陶瓷；制备技术 1引言 目前，红外技术与激光技术并驾齐驱，在军事上占有举足轻重的地位。红外成像、红外侦察、红外跟踪、红外制导、红外预警、红外对抗等在现代和未来战争中都是很重要的战术和战略手段。在二十世纪70年代以后，军事红外技术又逐步向民用部门转化。标志红外技术最新成就的红外热成像技术，与雷达、电视一起构成当代三大传感系统，尤其是焦平面列阵技术的采用，将使发展成可与眼睛相媲美的凝视系统。而红外透波材料是红外热成像系统的光学元件的重要材料。红外透波材料不但要求具有高性能、小体积，还要造价低。高性能主要包括：结构完整、组分均匀以免发生散射，在测量波段内具有高红外透射率；热稳定性好，透射比和折射率不应随温度变化而变化；载流子寿命长，不宜潮解，耐酸碱腐蚀性好；力学性能优良，可以承受高运动的速压载荷等。 2 红外透波材料的特征值 透过率 一般透过率要求在50%以上，同时要求透过率的频率范围要宽。红外透波材料的透射短波限，对于纯晶体，决定于其电子从价带跃迁到导带的吸收，即其禁带宽度。透射长波限决定于声子吸收，和晶格结构及平均原子量有关。 折射率和色散 不同材料用途不同，对折射率的要求也不相同。对于窗口和整流罩的材料要求折射率低，以减少反射损失。对于透镜、棱镜、红外光学系统要求尽量高的折射率。 发射率 对红外透波材料的发射率要求尽量低，以免增加红外系统的目标特征，特别是军用系统易暴露。 其他 和选择其他光学材料一样，都要注意其力学、化学、物理性质，要求温度稳定性好，对水、气稳定，力学性质主要有弹性模量、扭转刚度、泊松比、拉伸强度和硬度。物理性质包括熔点、热导率、膨胀系数及可成型性。此外要强调的物性是材料的热导率要高，特别是用于高速飞行器的时候。 3 红外透波材料的种类 玻璃 玻璃的光学均匀性好，易于加工成型，价格便宜。缺点是透过波长较短，使用温度低于500℃。目前研究的红外透波玻璃材料主要有：氧化物红外玻璃、硫系玻璃和氟化物玻璃。
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 Transmission Wavelength 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- 吸收系数（1/cm） 5.0×10-3@1300nm 7.0×10-4@2700nm 4.0×10-4@3800nm 4.0×10-4@5250nm 5.0×10-4@10600nm 热光系数dn/dT(1/k,298—358k) 1.07×10-
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) 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
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族化合物和Ⅱ～Ⅵ族化合物晶体等。离子型晶体通常具有较高的透过率, 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。晶体的特点是其物理和化学特性及使用特性的多样性。晶体的折射率及色散度变化围比其它类型材料丰富得多。可以满足不同应用的需要, 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] 按部晶体结构晶体材料可分为单晶体和多晶体 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/4.3μ m 硬度/克氏密度/(g·cm-3)溶解度 /(g·L-3)H2O 金刚石C30 2.48820 3.51不溶锗Ge25 4.02800 5.33不溶硅Si15 3.421150 2.33不溶石英晶体SiO2 4.5 1.46740 2.2不溶兰宝石Al2O3 5.5 1.681370 3.98不溶氟化锂LiF8.0 1.34110 2.600.27氟化镁MgF28.0 1.35576 3.18不溶氟化钡BaF213.5 1.4582 4.890.17氟化钙CaF210.0 1.41158 3.180.002溴化铊TLBr34 2.35127.560.05金红石TiO2 6.0 2.45880 4.26不溶砷化镓GaAs18 3.34(8μm)750 5.31不溶氯化钠NaCl25 1.5217 2.1635 硒化锌ZnSe22 2.4150 5.27不溶锑化铟InSb16 3.99223 5.78不溶硫化锌ZnS15 2.25354 4.09不溶KRS-5TLBr-TLI45 2.38407.370.02 KRS-6TLBr-TLCl30 2.19357.190.01 ②多晶体材料
常见光学材料简介 透镜是光学实验中的主要元件之一，可采用多种不同的光学材料制成，用于光束的准直、聚焦、成像。Newport提供的各种球面和非球面透镜，主要制作材料有BK7玻璃、紫外级熔融石英（UVFS）、红外级氟化钙（CaF2）、氟化镁（MgF2），以及硒化锌（ZnSe）。在从可见光到近红外小于2.1μm的光谱范围内，BK7玻璃具有良好的性能，且价格适中。在紫外区域一直到195nm，紫外级熔融石英是一种非常好的选择。在可见光到近红外2.1μm范围内，熔融石英具有比BK7玻璃更高的透射率，更好的均匀度以及更低的热膨胀系数。氟化钙和氟化镁则适用于深紫外或红外应用。 本文将对这些常见光学材料的性质和应用进行介绍，并列出了一些基本的材料参数，如折射率、透射率、反射率、Abbe数、热膨胀系数、传导率、热容量、密度、Knoop硬度，及杨氏模量。 BK7玻璃 BK7是一种常见的硼硅酸盐冕玻璃，广泛用作可见光和近红外区域的光学材料。它的高均匀度，低气泡和杂质含量，以及简单的生产和加工工艺，使它成为制作透射性光学元件的良好选择。BK7的硬度也比较高，可以防止划伤。透射光谱范围380-2100nm。但是它具有较高的热膨胀系数，不适合用在环境温度多变的应用中。 UV Grade Fused Silica(UVFS) 紫外级熔融石英 紫外级熔融石英是一种合成的无定型熔融石英材料，具有极高的纯度。这种非晶的石英玻璃具有很低的热膨胀系数，良好的光学性能，以及高紫外透过率，可以透射直到195nm的紫外光。它的透射性和均匀度均优于晶体形态的石英，且没有石英晶体的那些取向性和热不稳定性等问题。由于它的高激光损伤阈值，熔融石英常用于高功率激光的应用中。它的光谱透射范围可以达到2.1μm，且具有良好的折射率均匀性和极低的杂质含量。常见应用包括透射性和折射性的光学元件，尤其是对激光损伤阈值要求较高的应用。 CaF2 氟化钙 氟化钙是一种具有简单立方晶格结构的晶体材料，采用真空Stockbarger技术生长制备。它在真空紫外波段到红外波段都具有良好的透射性。这种宽光谱透射特性，加上它没有双折射性质，使它成为紫外到红外宽光谱应用理想选择。氟化钙在0.25-7μm内的透射率在90%以上，并具有较高的激光损伤阈值，常用于制作准分子激光的光学元件。红外级氟化钙通常采用自然界中可见的萤石生长而成，成本低廉。但氟化钙具有较大的热膨胀系数，热稳定性很差，要避免使用在高温环境中。氟化钙的折射率比较低，因此通常不需要在表面镀增透膜。 MgF2 氟化镁 氟化镁是一种具有正双折射性质的晶体，可采用Stockbarger技术生长，同样在真空紫外波段到红外波段具有良好的透射。通常在切割时使它的c轴与光轴方向平行，以降低双折射性质。氟化镁是另一种深紫外到红外的光学材料选择，透射范围0.15-6.5μm。另外，它可用
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 Transmission Wavelength 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
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
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。 ()??? ? ???+= ? ??? ??+-=2 212 12 21 214n 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： ()()2 22 2 11k n k n R +++-= （2-2-2） 这里k 是消光系数（参见第一章§4），π λβ 4= 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： ()() 22 11n n R +-= （2-2-3） 这里R 是垂直入射时的反射率。 如果入射光是斜入射，由于光的偏振
第三节 材料的红外光学性能 一、红外线的基本知识 红外线同可见光一样在本质上都是电磁波，它的波长范围很宽（0.7～1000m m ），按波长又可分为三个光谱区：近红外（0.7～15m m ），中红外（15～50m m ），远红外（50～1000m m ）。红外线同样具有波粒二象性，遵守波的反射定律和折射定律，在一定的条件下也会发生干涉和衍射效应。 红外线与可见光不同之处是人的肉眼看不见红外线，且在大气层中对红外波段存在一系列吸收很低的透明波段，如1～1.1m m ，1.6～1.75m m ，2.1～2.4m m ，3.4～4.2m m 等波段，大气层的透过率在80％以上；8～12m m ，大气层的透过率为60％～70％。这些特点使得红外线在军事、工程技术和生物医学上得到许多应用。 二、红外材料的性能 红外材料应具有对不同波长红外线的透过率、折射率和色散，当然，材料的强度和硬度、抗腐蚀和防潮解能力、密度、到热率、热膨胀系数、比热容等在红外光学器件（如透镜、棱镜、滤光片和整流罩等）的制备和实用中也是需要考虑的。 材料的光谱透过率与材料的结构，特别是化学键和原子量有关。任何材料只能在某一波段具有较高的透过率。对于纯的晶体材料，若不考虑杂质吸收的话，其透射短波限s l 取决于电子吸收，即引起电子从价带激发到导带的光吸收。因而，一般说来，短波截至波长大致相当于该晶体禁带宽度能量对应的光频率。其长波透射限1l 主要取决于声子吸收，即晶格震动吸收，它可以是一次谐波震动吸收，也可以是高次谐波震动吸收。声子吸收和晶体结构、构成晶体元素的平均分子量及化学键有关。在晶体结构相同的情况下，平均分子量越大，则声子吸收出现的波长越长，材料的红外透射长波截至波长1l 也越长。 对于金刚石、锗、硅等具有金刚石结构的晶体，由于在红外区域没有活跃的一次谐波晶格震动，高次谐波也较弱，因而是一类透过率较高、透射波段也较宽的优秀的红外光学材料，使用也较为普遍。 折射率和色散是红外光学材料的另一重要特性。首先，折射率和反射率损失密切相关，折射率越大，反射损失也越高。其次，对于不同用途，对折射率有不同的要求。例如，对于制造窗口和整流罩的光学材料，为了减少反射损失，要求折射率低一些；而用于制造高放大率、宽视场角光学系统中的棱镜、透镜及其他光学部件的材料则要求折射率要高一些。例如，有时为了消色差或其他像差，不但需要使用不同折射率的材料作为复合透镜，而且对色散也有一定要求。作为分光光度计中色散元件的棱镜，它的性能直接与材料的折射率和色散有关。 除了透过率、折射率和色散外，材料的力学性能、抗腐蚀、防潮解等性能对于一个好的光学器件也视非常重要的。比如，绿化钠晶体虽然是很好的红外光学材料，但却容易潮解，不宜在野外使用；锗也是很好的红外光学材料，但当温度升高时，透过率显著下降，而且它比较脆，软话温度也太低，因此用作整流罩是不合适的。同样，虽然金刚石的各种性能很优异，可是它不能做成大尺寸的器件，而且价格过于昂贵，所以很少有人用它来作实际的光学材料。此外，要格外注意的是材料受热时的子辐射特性，为了避免探测器中出现假信号，受热材料在工作波段内的子辐射应当很小，这在搜索跟踪系统中尤其要引起重视。 在红外光学系统中，一些常用的部件对材料性能有不同的要求。对于探测器窗口材料，要求在探测器的响应波段内窗口必须有很高的透过率（因此要求吸收率和反射率要很低），
红外光学材料红外光学材料CVD硒化锌(ZnSe)1,进口）是一种化学惰性材料，具有纯度高，环境ZnSeCVD 硒化锌（适应能力强，易于加工等特点。它的光传输损耗小，具有很好的透光激光光学元件的首选材料。由于该红外材料的CO2性能。是高功率）热成像系统中FLIR折射率均匀和一致性很好，因此也是前视红外（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 Transmission Wavelength in Micrometers (t=8mm) 光学性质：透过波长范围0.5μm---22μm - n/n折射率不均匀性（Δ）10<3×-3@1300nm101/cm吸收系数（） 5.0×7.0×10-4@2700nm -4@3800nm 4.0 ×10-4@5250nm10 4.0×-4@10600nm 10 ×5.0 10-× 1.07358k) —dn/dT(1/k,298热光系数．
随波长的变化（20℃）n折射率 理化性质： s）μ10600nm脉冲激光，脉冲宽度=15激光损伤阈值：（
，进口硫化锌（）红外光学材料 ZnSCVD2． 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CVD ）一样，硫化点，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波段具有也是一种折射率均匀性和一致性好的材料，在）锌 （12000nm—ZnS8000nm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）相比，硫化锌的价格低，硬度高， 断裂强度是硒化锌的两倍，射增强。与硒化锌（ZNSE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： 硫化锌) CVD ZINC SULFIDE Transmission(CVD Wavelength in Micrometer (t =6mm) 硫化锌）CLEARTRAN Transmission（多光谱CVD
红外技术及应用产品红外硫系玻璃 汇聚创新力量，融合光电全产业链的第20届中国国际光电博览会（CIOE）将于2018年9月5-8日在深圳会展中心举办。 清远聚航光学材料有限公司将携红外硫系玻璃在1号馆 1109 1110展位隆重展出，诚挚邀请业界同仁莅临参观、交流及业务洽谈。 应用领域： 监控设备及系统、海洋/船舶、消防/警用、传感器、红外产品。 产品类别： 红外材料。 红外硫系玻璃
清远聚航光学材料有限公司是红外光学材料的专业供应商，其中Ge-As-Se、Ge-Sb-Se、As-Se、As-S 系列是我公司批量生产的产品。公司可提供玻璃材料直径范围6 mm-100 mm。产品具有优越的折射率均匀性和批次折射率稳定性。 硫系红外玻璃具有宽广的红外透过窗口，可从可见光波段一直到14 μm，低的折射率温度系数和色散系数。这使得硫系红外玻璃成为红外光学镜头中色差校正和避免热散焦现象的理想材料。同时较低的玻璃转变温度和稳定的化学性质，使硫系玻璃精密模压成为可能，为大规模批量化生产提供了便利条件。清远聚航光学材料有限公司生产的JH系列硫系红外玻璃具有出色的红外波段透过率，低的折射率温度系数和色散系数。JH系列硫系红外玻璃与其他红外材料结合使用，是实现2-12 μm范围内红外光学镜头色差校正和避免热散焦的理想光学材料。 硫系玻璃的加工方式多样，可通过模压，机械加工，抛光等工艺制造成平面，球面，非球面的光学材料，从而广泛应用于红外成像和光电产业。 同时，硫系玻璃材料可以通过镀膜的方法来减少空气-材料之间的反射，从而大幅提高材料的红外透过率。 CIOE红外技术及应用展是中国乃至亚太地区最为完整的红外产业链商贸采购、展示、技术及学术交流的平台，全面展示红外材料、器件、设备及应用产品。 CIOE与法国权威分析机构Yole Developpement同期共同举办“第三届国际红外成像高端论坛——潜力无限迈向百万台出货量”，将聚焦红外成像行业的应用和技术，从技术、市场趋势、相关数据报告及竞争格局等方面对红外成像行业做出全面分析。
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。晶体的特点就是其物理与化学特性及使用特性的多样性。晶体的折射率及色散度变化范围比其它类型材料丰富得多。可以满足不同应用的需要, 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、3μ m 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、02 KRS-6TLBr-TLCl302、19357、190、01 ②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
光学材料的研究现状及应用 姓名： 学号： 学院班级： 发光材料已成为人们日常生活中不可缺少的材料,被广泛地用在各种显示、照明和医疗等领域,如电视屏幕、电脑显示器、X射线透射仪等,显微镜、望远镜、经纬仪、摄像机等各种光学仪器,核心部分都是由光学材料制造的光学零件。目前发光材料主要是无机发光材料,从形态上分,有粉末状多晶、薄膜和单晶等。 一、引言 光充满着整个宇宙,各种星体都在发光：远红外光、红外光、可见光、紫外光，以及X射线等。人类生活在光的世界里，白天靠日光，黑夜靠灯光，夜间还要靠星光。要利用光，就要创造工具，就要有制造工具的材料—光学材料。 自然中存在一些天然光学材料：我国的夜明珠、发光壁；印度的蛇眼石、叙利亚的孔雀暖玉等。这些材料具有奇异的发光现象，能在无光环境下放出各种色泽的晶莹光辉。由于这些光学材料稀有，被视为人间珍宝，成为权力和财富的象征。春秋战国时期，墨子就研究光的传播规律，出现了最古老的光学材料—青铜反光镜。17世纪，瑞士人纪南熔制出光学玻璃，主要用于天文望远镜；随后，欧洲出现了望远镜和三色棱镜，人造光学玻璃成为主要光学材料。20世纪初，以望远镜、显微镜、光谱仪以及物理光学仪器四大类为主体，建立了光学工业。 光学材料是传输光线的材料，这些材料以折射、反射和透射的方式，改变光线的方向、强度和位相，使光线按预定要求和路径传输，也可吸收或透过一定波长范围的光线而改变光线的光谱成分。 光学材料包括光纤材料、发光材料、红外材料、激光材料和光色材料等。 二、研究现状及主要应用领域 1.发光材料 发光是物质将某种方式吸收的能量转化为光向外辐射的过程，是热辐射外另一种能量辐射现象。光子是电子在受激高能态返回低能态时发出的,当发出光子能量在1.8-3.1eV时，便是可见光。而材料发光所需能量可从较高能量的电磁辐射(如紫外光)中得到，也可从高能电子或热能、机械能和化学能中得到。 发光材料是指吸收光照，然后转化为光的材料。发光材料的晶格要具有结构
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 Transmission Wavelength 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@1300nm 7.0×10-4@2700nm × 10-4@3800nm 4.0 × 10-4@5250nm 4.0 × 10-4@10600nm 5.0 热光系数 dn/dT(1/k,298—358k) 1.07×10-
×10-5@1150nm 7.0 × 10-5@3390nm 6.2 × 10-5@10600nm 6.1 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 2.4028 1000 2.489213000 2.3850 3800 2.433914600 2.3705 5000 2.429516600 2.3487 7000 2.421817800 2.3333 9000 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)~ 12 10 熔点(℃)1525 化学纯度 (%)99.9996 热膨胀系数 (1/k) 7.1* 10-6@273k 7.8* 10-6@373k 8.3* 10-8 @473k 热导率(J/k .m. s)18.0 @ 298k 热容量(J/g .k)0.339 @298k knoop 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>15 2，进口CVD硫化锌（ZnS）红外光学材料
第二章 红外光学系统 光学系统在红外系统中的作用十分类似于用于接收目标回波的雷达天线,就是接收辐射能量，并把它传送给探测器。可见光和红外本质上都是电磁波，只是谱段不同，用于可见光系统设计的工程光学的基本理论和设计方法，同样可用于红外光学系统的设计。本章2.1至2.4节对光学 首先对此作简要介绍。但是，红外光学系统基本结构、材料、薄膜以及涉及光学系统与探测器耦合的辅助光学系统，有其特殊的一面，应予阐述。 2．1 光学基本定律 2．1．1 光的波动性 光的波动理论认为，光源是一个辐射电磁波的波源，光的传播就是波动的传播。光在真空中传播的速度为3×108m/s ，在任何别的介质中的光速都要比真空中光速小。 光波是横波，其振动方向垂直于传播方向。机械简谐振动产生的横波的波动方程可表达为： )2cos(),(αωλ π+-?=t z A t z y 式中： ),(t z y 为t 时刻，空间位置为z 处的机械位移； A 为振幅，ν为振动频率，πνω2=为园频率，α为初始相位角。 具有同一振动相位的空间两个相邻点之间的距离可称为波长，例如两个相邻波峰或相邻波谷之间的距离。波长的倒数称为波数，其单位常取cm -1。在光谱学中使用波数比使用波长更方便。波动传播的速度即波峰或波谷传播速度，有： νλλ == T V 机械波是机械振动产生的，而电磁波则是电磁振荡产生的，反映为电场强度E 和磁感应强度B 的时空变化，其规律可用麦克斯韦方程表述。由于光对物质的作用主要是电场的作用，在光学中大多数情况下只研究电场强度E 的规律，E 矢
量即电矢量，也称为光矢量。 图2.2 偏振面为XY平面的偏振光 E矢量、B矢量和传播方向矢量相互垂直，构成右手螺旋。相对于传播轴，E矢量的分布不一定是均匀分布的，这种分布的不均匀性称为偏振。实际光源有数目众多且相互无关的发光分子，它们的电矢量虽然还是垂直于传播方向，其取向与大小都随时间作无规则的变化，但各取向上电矢量的时间平均值是相等的，这样的光称为自然光（图中a），只有单一取向的称为线偏振光，介于两者之间的是部分偏振光。 图2.3 自然光和偏振光 振动位相相同的各点在某一时刻所构成的曲面称为波面。波面可以是平面、球面或任何曲面。在各向同性的介质中，光能沿着波面的法线方向传播。在几何光学中，我们把光源发出的光抽象成无数条能传播能量的光线，光线也就是波面的法线。 光束由无数条光线组成，可以建立光束和波面的对应关系，如平行光束对应平面波，会聚或发散光束对应球面波。点光源发出的光束是发散的同心光束，经过实际光学系统后，由于像差的作用，将不再是同心光束，与之对应的光波则为非球面波。利用几何光学建立的光线、波面等概念，可将本质上十分复杂的光能传播与光学成像问题归结为简单的数学问题。
|-激光晶体|-固体激光器|-激光加工|-制版照排 |-晶体加工镀膜|-半导体激光器|-打标喷码|-激光扫描 |-激光气体|-光纤激光器|-激光雕刻|-激光测距 |-激光灯|-气体激光器|-激光切割|-全息防伪 |-激光电源及驱动|-液体激光器|-激光打孔|-激光检测 |-激光器元件|-激光二极管|-激光焊接|-激光医疗/美容|-设备及包装|-激光模块|-激光演示/显示|-其它应用 |-其它激光器件|-激光工艺品 |-光学材料/晶体|-光学镜片|-光学镜头|-显微镜及系统|-望远镜 |-薄膜及镀膜产品|-光学设计|-CCD/CMOS|-分析仪器|-光衍射/干涉|-镀膜材料|-滤光/分光|-光学加工|-相机相关|-光学检测 |-光学辅料|-光传感及光源|-摄像相关|-光谱相关 |-镀膜及加工设备|-光学元器件|-舞台灯光|-光学安全 |-光学芯片模组|-眼视光学|-光折射/反射 |-非球面元件|-其他光学产品 |-液晶材料|-液晶面板(LCD)|-平板电视 |-PDP原材料|-PDP投影系统|-触摸产品 |-导光板|-LCOS投影系统|-投影及PDP产品 |-ITO导电膜|-液晶模块(LCM)|-手机/PMP/便携产品 |-玻璃基板|-DLP投影|-其它显示应用 |-偏光片|-FED场发射|-显示器/立体显示/拼接系统 |-彩色滤光片|-无尘室及洗净|-车载系统 |-背光模组|-其它显示器件 |-驱动及控制IC |-辅料及耗材 |-制造及检测设备 |-发光材料|-LED器件|-半导体照明 |-有机发光材料|-数码管/点阵|-LED显示 |-外延材料|-OLED器件|-交通信号
光学材料特性
光学材料特性表： 有色玻璃牌号玻璃名称代号玻璃牌号透紫外线玻璃ZWB ZWB1 ZWB2 透红外玻璃HWB HWB1 HWB2 HWB3 HWB4 紫色玻璃ZB ZB1 ZB2 ZB3 蓝色(青色)玻璃QB QB1 QB2 QB3 QB4 QB5 QB6 QB7 QB8 QB9 QB10 QB11 QB12 QB13 QB14 QB15 QB16 QB17 QB18 QB19 QB20 QB22 绿色玻璃LB LB1 LB2 LB3 LB4 LB5 LB6 LB7 LB8 LB9 LB10 LB11 LB12 LB13 LB14 LB15 LB16黄色(金色)玻璃JB JB1 JB2 JB3 JB4 JB5 JB6 JB7 JB8 橙色玻璃CB CB1 CB2 CB3 CB4 CB5 CB6 CB7 红色玻璃HB HB1 HB2 HB3 HB4 HB5 HB6 HB7 HB8 HB9 HB10 HB11 HB12 HB13 HB14 HB15 HB16 防护玻璃FB FB1 FB2 FB3 FB4 FB5 FB6 FB7 中性(暗色)玻璃AB AB1 AB2 AB3 AB4 AB5 AB6 AB7 AB8 AB9 AB10透紫外线白色玻璃BB BB1 BB2 BB3 BB4 BB5 BB6 BB7 BB8
无色光学玻璃类型 玻璃类型玻璃牌号代号名称代号名称FK氟冕玻璃QF轻火石玻璃 QF轻冕玻璃F火石玻璃 K冕玻璃BaF钡火石玻璃 PK磷冕玻璃ZBaF重火石玻璃 BaK钡冕玻璃ZF重火石玻璃 ZK重冕玻璃LaF褴火石玻璃 LaK镧冕玻璃ZLaF重镧火石玻璃 TK特冕玻璃TiF钛火石玻璃 KF冕火石玻璃TF特种火石玻璃 光学晶体主要性能参数 品种n d n F-n C透过率/μmτ0.2μmτ5μm LiF 1.392120.003950.11-8.000.94 n0：1.37774 MgF2 0.003550.11-9.100.850.93 ne：1.38954 CaF2 1.433820.004550.11-11.000.850.94 SrF2 1.437980.006190.16-11.500.94 BaF2 1.474430.005780.13-14.000.750.93 NaCl 1.544270.012700.25-22.000.90 KCl 1.490250.011140.20-27.500.91 KBr 1.560000.016680.20-60.000.90 CsI 1.787460.20-60.000.83 KRS-5 2.617480.50-45.000.68
纳米材料的特性 美国著名物理学家，1965年诺贝尔物理奖获得者R.P Feynman 在1959年曾经说过：“如果有一天能按人的意志安排一个个原子分子将会产生什么样的奇迹”，纳米科学技术的诞生将使这个美好的设想成为现实。 纳米材料是纳米科学技术的一个重要的发展方向。纳米材料是指由极细晶粒组成，特征维度尺寸在纳米量级（1~100nm）的固态材料。由于极细的晶粒，大量处于晶界和晶粒内缺陷的中心原子以及其本身具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等，纳米材料与同组成的微米晶体（体相）材料相比，在催化、光学、磁性、力学等方面具有许多奇异的性能，因而成为材料科学和凝聚态物理领域中的研究热点。 固体材料的光学性质与其内部的微结构，特别是电子态、缺陷态和能级结构有密切的关系。 纳米结构材料在结构上与常规的晶态和非晶态体系有很大的差别，表现为：小尺寸、能级离散性显著、表（界）面原子比例高、界面原子排列和键的组态的无规则性较大等。这些特征导致纳米材料的光学性质出现一些不同于常规晶态和非晶态的新现象。 1、宽频带强吸收性 大块金属具有不同的金属光泽，表明它们对可见光中的各种波长的光的反射和吸收能力不同。当尺寸减小到纳米级时，各种金属纳米粒子
几乎都呈黑色，它们对可见光的反射率极低，而吸收率相当高。例如，Pt纳米粒子的反射率为1%，Au纳米粒子的反射率小于10%。 纳米SiN、SiC以及Al2O3粉等对红外有一个宽频强吸收谱。 不同温度退火下纳米Al2O3材料的红外吸收谱 纳米材料的红外吸收谱宽化的主要原因： （1）尺寸分布效应：通常纳米材料的粒径有一定的分布，不同的颗粒的表面张力有差异，引起晶格畸变程度的不同，这就导致纳 米材料键长有一个分布，造成带隙的分布，这是引起红外吸收 宽化的原因之一。 （2）界面效应：界面原子的比例非常高，导致不饱和键、悬挂键以及缺陷非常多，界面原子除与体相原子能级不同外，相互之间 也可能不同，从而导致能级分布的展宽，与常规大块材料不同，
一、红外光学玻璃与红外晶体资料光学特性： 1. 欧阳家百（2021.03.07） 2.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族单位素晶体、Ⅲ～Ⅴ族化合物和Ⅱ～Ⅵ族化合物晶体等。离子型晶体通常具有较高的透过率, 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。晶体的特点是其物理和化学特性及使用特性的多样性。晶体的折射率及色散度变更规模比其它类型资料丰富很多。可以满足不合应用的需要, 有一些晶体还具备光电、磁光、声光等效应, 可以用作探测器资料。[1] 按内部晶体结构晶体资料可分为单晶体和多晶体 ①单晶体资料 表1.1 几种经常使用红外晶体资料[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·cm3) 溶解度 /(g·L3)H2 O 金刚石 C 30 2.4 8820 3.51 不溶锗Ge 25 4.02 800 5.33 不溶硅Si 15 3.42 1150 2.33 不溶石英晶体SiO2 4.5 1.46 740 2.2 不溶
兰宝石Al2O3 5.5 1.68 1370 3.98 不溶氟化锂LiF 8.0 1.34 110 2.60 0.27 氟化镁MgF2 8.0 1.35 576 3.18 不溶氟化钡BaF2 13.5 1.45 82 4.89 0.17 氟化钙CaF2 10.0 1.41 158 3.18 0.002 溴化铊TLBr 34 2.35 12 7.56 0.05 金红石TiO2 6.0 2.45 880 4.26 不溶砷化镓GaAs 18 3.34(8μm)750 5.31 不溶氯化钠NaCl 25 1.52 17 2.16 35 硒化锌ZnSe 22 2.4 150 5.27 不溶锑化铟InSb 16 3.99 223 5.78 不溶硫化锌ZnS 15 2.25 354 4.09 不溶KRS5 TLBrTLI 45 2.38 40 7.37 0.02 KRS6 TLBrTLCl 30 2.19 35 7.19 0.01 ②多晶体资料 表1.2红外多晶资料[1] 资料透射规模 /μm 折射率 /5μm 硬度/克氏熔点/℃密度 /(g·m3) 在水中溶 解度 MgF2 0.45～9.5 1.34 576 1396 3.18 不溶 ZnS 0.57～15.0 2.25 354 1020 4.088 不溶 MgO 0.39～10.0 1.7 640 2800 3.58 不溶 CaF2 0.2～12.0 1.37 200 1403 3.18 微溶 ZnSe 0.48～22 2.4 150 5.27 不溶 CdTe 2～30 2.7 40 1045 5.85 不溶 经常使用的红外单晶资料包含Ge、Si、金红石、蓝宝石、石英晶体、ZnS、GaAs、MgF2、NaCl、TlBr、KHS6(TlBrTlCl) 和KHS5(TlBrTlI) 等，具有熔点高、热稳定性好、硬度高、折射率和色散化规模年夜等优点，但晶体尺寸受限、成秘闻对较高。经常使用的红外多晶包含MgO、ZnS、ZnSe 和CdTe、MgF2多晶和CaF2等，具有本钱低、可制备年夜尺寸及庞杂形状的优点。适用于中红波段的玻璃光学元件主要包含铝酸盐玻璃、锗酸盐玻璃和锑酸盐玻璃等体系，光学均匀性好、易于制成不合尺寸与形状，但其红外波段透射规模较窄、抗热冲击和机械冲击性能较差。塑料在近红外和远红外具有良好的透过率，但在中红外波段透过率较低；已实现实用化的塑料包含