红外光学材料的现状与发展

2014-06-16 admin1 1042

  1.引言

  红外材料技术与微电子技术的结合,极大地推动了红外成像与红外制导技术的发展。红外技术应用与发展,又促进了红外材料技术的发展及进步。对红外材料的耐高温、高强度、大尺寸、化学及物理稳定性等提出了一系列更高要求。

  红外光学材料是指在红外成像与制导技术中用于制造透镜、棱镜、窗口、滤光片、整流罩等的一类材料。这些材料具备满足需要的物理及化学性质,即主要指标为: 良好的红外透明性与较宽的透射波段。一般来说,红外光学材料的透过波段和透过率与材料内部结构,特别是能级结构及化学键有密切关系。例如,对于晶体材料,其短波吸收限,主要取决于禁带宽度,而长波限取决于声子吸收即晶格振动吸收。而晶格振动的频率T与吸收长波限相关,即振动频率T越低,长波限值越长。对于金刚石结构的晶体材料,在红外波段内没有较强的一次晶格振动谐波,面高次谐波吸收较弱,因而金刚石结构晶体有较好的透过率及较宽的频段特性。

  对于晶体材料,若不考虑杂质与缺陷 ( 气孔等) ,从理论上讲,大多数单晶材料与多晶材料红外透明性能几乎一致。因而多晶制备技术,特别是多晶热压、 PVD、CVD 制备技术得到了长足发展。由于多晶性能与单晶一致,不存在解理面,其机械强度、抗热冲击、经济性等优于单晶,可以做到很大尺寸等,在一些领域已取代了单晶材料。

  对于玻璃及塑料,其透射波段及透过率与原子及分子结构有关,但由于其结构的长程无序,它的短波及长波吸收限与禁带宽度及声子吸收的对应关系较为模糊。玻璃与塑料的应用与研究是近年来活跃的领域。

  红外材料今天已发展成了一个庞大的家族,其技术复杂、多样,令人目不暇接。本文仅对几种重要的红外材料近年来应用及发展情况作一介绍。

  2 晶体材料

  晶体材料是人们最早使用的一类红外光学材料,也是目前主要使用的光学材料。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Ô族单元素晶体、ó~Õ族化合物和 ò~ Ö 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。关于探测器材料,由于篇幅,本文不作介绍。

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