红外光学材料大全

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。

傅立叶红外光谱一些红外透光材料选择红外透光材料要根据测定波长，机械强度，稳定性和经济性来考虑，文献报导的透光材料很多，但是实际应用的并不太多：（1）溴化钾KBr：易潮解，透过波长7800～400cm-1，(25μm以下)透过率大于92%，不易低温。

（2）氯化钠NaCl：易潮解，透过波长500～625cm-1，(2～16μm)不易低温。

（3）氟化钙CaF２：不易潮解，透过波长7800～1100cm-1(1～9μm)，透过率大于90%，不耐机械冲击。

：（4）氟化镁MgF2：不易潮解，透过波长0.11～8.5μm，透过率大于90%。

（5）氟化钡BaF2：不易潮解，透过波长7800～800cm(1～12μm)透过率大于90%。

（6）金刚石：碳的一种，有Ⅰ型和Ⅱ型两种，透光波长10cm-1，(1000μm)。

它们在4～6μm(2300～1660cm-1)有吸收，Ⅰ型还在19～22μm和7～11μm有两个吸收带，据此可以鉴别金刚石的类型。

（7）锗Ge：纯度越高透光越好，透光性受纯度和厚度的影响，23μm和40μm 以外可以使用，在120℃时不透明。

（8）硅Si：耐机械和热冲击，可达15μm，但是，在9μm(1110cm-1)时有一吸收带。

（9）热压块：用红外晶体的粉末加压成型，有MgF2，ZnS，CaF2，ZnSe，MgO 等，混合热压块的机械性能超过晶体。

（10）塑料：高密度聚乙烯在20～1000μm的远红外区可以使用，还有聚乙烯，聚四氟乙烯等薄片也可以使用。

（11）氯化银AgCl：软，不易破裂，435cm-1(23μm以下)，易变黑，贵。

（12）溴化银AgBr：软，不易破裂，285cm-1(35μm以下)，作为全反射材料。

（13）硫化锌ZnS：不易潮解，透过波长7800～700cm-1，(1～14μm)透过率大于85%。

（14）溴（碘）化铊KRS-5：TiI58%和TiBr42%混晶，不易裂，透过波长7800～200cm-1，(1～50μm)，透过率大于92%，折射率高，全反射材料，贵，有毒。

红外吸收光谱仪吸收池材料
红外吸收光谱仪的吸收池材料通常是由各种透明或半透明的材料制成，例如：
1.氯化聚氯乙烯（CPVC）：具有较好的化学稳定性和机械强度，不易受到溶剂的影响，适用于各种样品测量。

2.铝（Al）：具有良好的光学性能和高反射率，可以提高吸收池的反射能力。

3.硅（Si）：具有优越的光学性能和较高的抗腐蚀能力，在长时间使用中不受样品的影响。

4.石英（quartz）：具有良好的透明性和化学稳定性，广泛用于高精度测量以及有机分子和蛋白质的测量。

5.聚四氟乙烯（PTFE）：具有耐腐蚀和抗粘滞性能，不易吸附样品，适用于液态和膏状样品的测量。

总之，各种材料都有其特点和适用范围，需要根据具体的实验需求来选择。

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。

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0.1nm。

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。

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。

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。

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。

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。

红外探测器材料范文常见的红外探测器材料包括铟锗(InGaAs)、铟镓砷(InGaAs)、汞锡镉(ＨＧＣＤ)、锗(Ge)、碴锌锗(CZT)，以及半导体量子阱材料等。

铟锗是一种常用材料，具有较高的光学和电学性能，特别适用于近红外(NIR)频段的探测。

它在短波红外(SWIR)和中波红外(MWIR)波段的探测器中发挥重要作用。

而铟镓砷是一种中程红外(MIR)探测器材料，具有较高的探测效率、灵敏度和分辨率。

它常用于红外成像、热成像和导航等领域。

汞锡镉是红外探测器中应用广泛的一类材料，通常用于长波红外(LWIR)或中长波红外(MLIR)波段的探测器。

它具有优良的光学、电学和热学性能，能够实现高灵敏度和快速响应。

锗是一种广泛应用于红外探测器中的材料，特别适用于LWIR和VLWIR(very long wave infrared)波段。

它具有宽的能带隙和高载流子迁移率，使得其具有较高的探测灵敏度和响应速度。

碴锌锗是一种新型热红外探测器材料，具有宽的带隙和优良的热电性能。

它可以同时探测热和波尔兹曼(NBn)效应，在LWIR波段具有较高的相对响应和低的噪声等特点，因此在红外成像、热成像和制冷器件等领域具有广泛应用。

半导体量子阱材料是近年来发展起来的一种新型红外探测器材料，具有优异的能带调控能力和突出的性能。

它通过调整各向异性材料的能带结构，使得红外探测能力得到明显提升。

这种材料常应用于高性能InAs/GaSb量子阱相机、InAs/InP量子线阵和HgCdTe量子阱等红外探测器的制备中。

除了上述材料，还有许多其他材料也用于红外探测器的制备，如碳化硅、砷酸铵钪、砷化镓、砷化铝镓和钐钬铒等。

这些材料在不同波段、不同应用场景下有不同的优势和特点，可以根据实际需求进行选择。

综上所述，红外探测器的材料种类繁多，每种材料在不同波段和应用场景下都具有各自的优势和适用性。

不同的材料可以实现不同的探测效果和成像质量，因此在实际应用中需要根据具体需求进行选择。