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、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，碱土一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W族单元素晶体、川〜V族化合物和n〜w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/卩m 折射率/4.3卩m硬度/克氏密度/(g・cm3)溶解度/(g - L-3)H2O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SiQ 4.5 1.46 740 2.2 不溶兰宝石AI2O3 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MgF 8.0 1.35 576 3.18 不溶氟化钡BaF 13.5 1.45 82 4.89 0.17 氟化钙CaF 10.0 1.41 158 3.18 0.002 溴化铊TLBr 34 2.35 12 7.56 0.05 金红石TQ2 6.0 2.45 880 4.26 不溶砷化镓GaAs 18 3.34(8(im) 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KRS-5 TLBr-TLI 45 2.38 40 7.37 0.02 KRS-6 TLBr-TLCl 30 2.19 35 7.19 0.01表1.2红外多晶材料[1]材料透射范围/(1 m 折射率/5 i m 硬度/克氏熔点/ c密度/(g • m3)在水中溶解度-9.5 1.34 576 1396 3.18 不溶MgF 0.45-ZnS 0.57-15.0 2.25 354 1020 4.088 不溶--10.0 1.7 640 2800 3.58 不溶MgO 0.39-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 不溶常用的红外单晶材料包括Ge Si、金红石、蓝宝石、石英晶体、ZnS GaAs、MgF、NaCI、TIBr、KHS-6(TIBr-TICI) 和KHS-5(TIBr-TII) 等，具有熔点高、热稳定性好、硬度高、折射率和色散化范围大等优点，但晶体尺寸受限、成本相对较高。
红外光学薄膜的研究与应用近年来，随着红外光学技术的不断发展，红外光学薄膜的研究和应用也呈现出越来越广泛的发展前景。
红外光学薄膜是指能够对红外辐射进行选择性反射、透射或吸收的一种薄膜材料，它具有高透过率、高反射率、高吸收率和良好的稳定性等优点，被广泛应用于光学仪器、光学显示、太阳能设备、红外传感器等领域，下面我们将详细探讨红外光学薄膜的研究与应用。
一、红外光学薄膜的制备方法红外光学薄膜的制备主要包括物理气相沉积法、化学气相沉积法和溅射法等。
物理气相沉积法是利用真空设备将材料加热到高温蒸发，使其沉积到衬底上形成薄膜；化学气相沉积法是将反应气体引入反应室，在高温下进行化学反应，使产生的沉积物形成薄膜；溅射法是利用高能量粒子或离子轰击目标材料表面，使其溅射到衬底上形成薄膜。
这三种方法都有其独特的优点和缺点，根据不同的应用需求可以采用不同的制备方法。
二、红外光学薄膜的性质和应用红外光学薄膜具有很好的选择性，它可以对不同波长的红外辐射进行选择性反射、透射或吸收。
同时，红外光学薄膜的光学性能稳定，耐腐蚀、耐高温、金属化等优点被广泛应用于以下领域：1.光学仪器：红外光学薄膜被应用于红外光谱仪、红外显微镜、光学测温仪等光学仪器中，其高透过率和高反射率可提高仪器的检测灵敏度和分辨率。
2.光学显示：红外光学薄膜被用于制备光学液晶显示器等器件，利用其高反射率和选择性透射性质可以实现高亮度和高对比度的显示效果。
3.太阳能设备：红外光学薄膜被用于制备太阳能电池等设备，其选择性吸收红外辐射的性质可以提高太阳能电池的转换效率。
4.红外传感器：红外光学薄膜被用于制备红外传感器等设备，可以实现对红外辐射的高灵敏检测，具有广泛的应用前景。
三、红外光学薄膜的未来发展趋势随着物联网、智能城市、智能制造等领域的发展，对红外光学薄膜的需求也在不断增加。
未来，红外光学薄膜的发展趋势将集中在以下几个方面：1.高精度：随着科技的发展，设备对光学器件的精度要求越来越高，因此，红外光学薄膜需要提高其制备精度和光学性能。
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：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）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)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。
红外透射率计算公式是什么红外透射率是指材料对红外光的透射能力，是材料的一个重要光学性能参数。
在工程和科学研究中，需要对材料的红外透射率进行测量和计算，以便进行材料的选择和设计。
红外透射率的计算公式是一个重要的工具，可以帮助工程师和科学家准确地预测材料的红外透射性能。
红外透射率的计算公式可以通过材料的折射率和吸收系数来计算。
折射率是指材料对光的折射能力，而吸收系数是指材料对光的吸收能力。
通过这两个参数，可以计算出材料的透射率。
红外透射率的计算公式如下：T = e^(-2αd)。
其中，T表示透射率，α表示材料的吸收系数，d表示材料的厚度。
这个公式表明，透射率与吸收系数和材料厚度有关，吸收系数越小，透射率越高；材料厚度越大，透射率越低。
这个公式可以帮助工程师和科学家预测不同材料在不同厚度下的红外透射性能。
在工程和科学研究中，红外透射率的计算公式可以帮助人们选择合适的材料和设计合适的结构。
例如，在红外传感器和红外透镜的设计中，需要选择具有高透射率的材料，并且通过计算公式来确定材料的最佳厚度，以达到最佳的红外透射性能。
此外，在红外激光器和红外通信系统中，也需要对材料的红外透射率进行计算，以确保系统的性能和稳定性。
除了红外透射率的计算公式，还有一些其他因素也会影响材料的红外透射性能，如表面粗糙度、材料的结晶度和杂质含量等。
因此，在实际工程和科学研究中，需要综合考虑这些因素，对材料的红外透射性能进行全面的评估和预测。
总之，红外透射率的计算公式是工程和科学研究中的重要工具，可以帮助人们准确地预测材料的红外透射性能。
通过这个公式，工程师和科学家可以选择合适的材料和设计合适的结构，以满足不同应用领域对红外透射性能的要求。
在未来的工程和科学研究中，红外透射率的计算公式将继续发挥重要作用，为人们提供更多的可能性和选择。
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。
高折射率材料对红外成像的影响随着科技的发展，我们对光学的应用也越来越广泛，特别是在红外成像领域，红外成像技术已经成为了许多领域中必不可少的一项技术。
而在红外成像领域中，高折射率材料的应用也越来越广泛，这种材料对红外成像的影响不容小觑。
高折射率材料是指相对折射率大于1.5的材料，例如硫化锌、锗、硒化铟等。
这种材料之所以在红外成像领域中得到广泛应用，主要是由于它们的折射率高，因此能够使光聚焦得更加精细。
同时，高折射率材料还具有优良的光学性能，例如较高的红外透过率和较小的表面损伤敏感度等。
高折射率材料的应用对红外成像有着显著的影响，主要体现在以下几个方面：一、提高了红外成像的空间分辨率高折射率材料具有比常规材料更大的折射率，因此能够使光聚焦得更加精细，进而提高了红外成像的空间分辨率。
例如，在红外透镜中采用高折射率的硫化锌材料，可以实现高质量的焦点聚集，并能够有效避免几何畸变等问题，从而提高了红外成像的清晰度和分辨率。
二、改善了红外成像的灵敏度高折射率材料还具有较高的红外透过率，这意味着它们能够使更多的红外光线通过，进而增强了红外成像的灵敏度。
同时，高折射率材料还有助于减少资源的浪费，提高了光学元件的能量利用效率，从而使红外成像的信噪比得到进一步提高。
三、提升了红外成像的可靠性和稳定性高折射率材料的表面损伤敏感度较小，能够有效减少表面反射和散射，从而提高了红外成像的信号质量和可靠性。
同时，高折射率材料还具有极高的耐腐蚀性，能够抵御外界环境的攻击，从而保证了红外成像系统的稳定运行。
综上所述，高折射率材料对红外成像的影响极其重要。
在红外成像领域中，选用合适的高折射率材料，不仅能够提高红外成像的空间分辨率、灵敏度和可靠性，还能够大大拓展红外成像的应用领域，为科学技术的发展带来新的可能性。
各种石头发射的远红外波长远红外波长是指光谱中波长较长的一段，一般被定义为红外光谱中的8至15微米范围。
很多材料在这个波长范围内显示出独特的发射特性，其中包括一些石头。
在本文中，我们将探讨一些常见的石头及其发射的远红外波长。
碳化硅碳化硅是一种常见的石头，其化学式为SiC。
在高温下，碳化硅可以发射远红外波长。
碳化硅的发射特性使其在热工业和红外辐射应用中得到广泛应用。
碳化硅陶瓷通常用作高温加热元件或热敏元件，因为它具有优异的耐高温性能和热电特性。
硅氨石硅氨石是一种含有硅和氨的矿物石头，化学式为SiNH。
在一些特定的条件下，硅氨石能够发射远红外波长。
由于硅氨石具有良好的热导性和热稳定性，它常被用于红外吸收材料、热像仪窗口等应用中。
石英石英是一种常见的二氧化硅石头，化学式为SiO₂。
尽管石英在可见光范围内是透明的，但在远红外波长下，石英表现出较低的透过率。
石英可以吸收和发射远红外波长的热辐射，使其在红外光学和热辐射测量中得到广泛应用。
石英红外窗口是一种常见的光学元件，用于红外热成像系统和红外光谱学。
焦炉石焦炉石是一种主要由铝、硅和氧组成的矿物石头，化学式为Al₂SiO₅。
焦炉石是一种具有较高折射率和较低热导率的材料，因此它在红外光学中具有一定的应用潜力。
焦炉石在某些温度范围内可以发射远红外波长，并且其热性能使其成为热电元件和红外辐射测量中的理想材料。
黄铁矿黄铁矿是一种含有铁和硫的矿石，化学式为FeS₂。
黄铁矿具有半导体的特性，在一定的温度下能够发射远红外波长。
由于其较高的热传导率和热稳定性，黄铁矿被广泛应用于红外热成像、红外辐射测量以及太阳能电池等领域。
总结石头是一种多样化的材料，许多石头在特定条件下可以发射远红外波长。
碳化硅、硅氨石、石英、焦炉石和黄铁矿都是常见的石头，它们在热学领域和红外辐射应用中发挥着重要作用。
通过研究石头的远红外发射特性，人们能够更好地理解和应用这些材料，在红外技术和热工业领域取得更大的进展。
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），按波长又可分为三个光谱区：近红外（0.7～15m），中红外（15～50m），远红外（50～1000m）。
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，1.6～1.75m，2.1～2.4m，3.4～4.2m等波段，大气层的透过率在80％以上；8～12m，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
取决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
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
主要取决于声子吸收，即晶格相当于该晶体禁带宽度能量对应的光频率。
其长波透射限
1
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
也越长。
声子吸收出现的波长越长，材料的红外透射长波截至波长
1
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），
这样能很好的透过从目标来的辐射，而自身辐射却很小。
对于制冷探测器，窗口必须要能很好的与玻璃或其他探测器外壳材料相封接，因此热膨胀系数要匹配，并且窗口的透过率不应随温度变化显著变化。
一般窗口要暴露在空气中，因此，它应该不怕潮，化学稳定性好，较长时间内不发霉、发毛，负责散射等影响将使透过率降低。
另外，窗口材料应当易于加工和切割成各种形状。
为了减小反射损失，可选择折射率低的材料作窗口材料，若必须折射率高的材料，则要易于镀增透膜。
同时，窗口一般较薄，材料应有足够的强度。
对整流材料的要求是在探测器相应波段内，整流罩必须有很高的透过率，自辐射应很小，以免产生假信号。
有些材料在室温有很高的透过率，但高温时，由于只有载流子吸收增加，透过特性显著恶化（例如锗），这种材料就不能作为整流罩。
整流是安装在飞机、导弹、飞船等高速飞行体的光学系统的前部，由于空气动力加热，整流罩的温度是很高的，因此，要求整流罩的溶点、软化温度要高，并且材料的热稳定性要好，要能经受得住热冲击。
整流罩得硬度要大，这样，一方面有利于加工、研磨和抛光，另一方面不至于被飞扬的尘土和沙石所擦伤。
由于整流罩暴露在空气中，因此化学稳定性要好，要能防止大气中的盐溶液或腐蚀性气体的腐蚀，并且不怕潮解。
应当特别指出的一点是：一般的窗口尺寸较小，而整流罩的尺寸往往较大（直径几十毫米到几百毫米），并且折射率要连续，以免发生散射。
因此，常常要求整流罩用单晶或折射率在晶粒间界没有突变的均匀的多晶制成。
整流罩的曲线率往往很大，因此要有足够的强度，以便于加工、装配，并且经受住震动和气浪。
对透镜和棱镜的要求是透镜和棱镜材料要纯净均匀，对折射率的要求较严，其他要求与窗口材料差不多。
不过，对热膨胀系数的要求，只有在浸没透镜中才是很重要的，以为假使探测器制冷，若膨胀系数匹配不好，浸没透镜和探测器可能脱开，使反射损失增加。
对棱镜材料的一个突出要求是它的投射波段要宽，色散要大。
高分子材料价格便宜、耐酸碱和耐腐蚀性良好，不溶于水，在近红外和远红外有良好的透过率，这是它的优点。
但是高分子材料结构复杂，分子的振动和转动吸收带以及晶格震动吸收带正好在中红外波段，因此在中红外波段塑料的透过率很低，并且塑料的软化温度较低，强度不高，只能在较低温下做窗口和保护膜等，少数塑料可做透镜，但不能做整流罩。
塑料的用途主要在远红外区域，中近红外使用较少。
做常用的塑料是有机玻璃，即聚甲基丙烯酸甲酯，它透可见光和近红外，常用作保护膜、增透膜和窗口材料。
聚乙烯不透可见光，但远红外的透过率很高，是一种常温下使用的远红外光学材料。
高密度聚丙烯比聚乙烯坚硬，在中红外某些波段有一定的透过率。
图3-14为聚丙烯在15~21m μ波段的透过率，并与未镀增透膜的热压ZnSe 做了比较。
在17~21m μ波段内，聚丙烯的透过率是不错的，因此它常常用来做为这一波段的真空红外装置（或充气装置）的窗口，能经受6atm(1atm=101325Pa)而不变形。
聚四氟乙烯是另一种常用的塑料，其近、中、远红外透过性如图3-15和图3-16所示，可以看出，它有很高的远红外透过率，在很薄时，也有相当好的近红外和中红外透过率。
它不溶于水，耐腐蚀，使用温度从-269~260℃，广泛用作保护膜材料和远红外光学材料。
