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9.1 基于DMD的红外场景仿真系统光学引擎设计_蹇毅

第33卷第4期2014年8月

红外与毫米波学报

J．Infrared Millim．Waves

Vol．33，No．4August ，2014

文章编号：1001－9014（2014）04－0375－05

DOI ：10．3724/SP．J．1010．2014．00375

收稿日期：2013-03-17，修回日期：2014-05-31

Ｒeceived date ：2013-03-17，revised date ：2014-05-31基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）（2011AA7031002G ）；国家十二五国防预研项目（41101050501）

Foundation items ：The National High Technology Ｒesearch and Development Program （2011AA7031002G ），The National Five Year National Defense Pre-research Project Development Program （41101050501）

作者简介（Biography ）：蹇毅（1986-），男，湖北武汉人，博士研究生，研究方向为红外光学系统设计．E-

mail ：jianyi@mail．sitp．ac．cn 基于DMD 的红外场景仿真系统光学引擎设计

蹇毅，潘兆鑫，于洋

（中国科学院上海技术物理研究所，上海200083）

摘要：针对DMD （Digital Micromirror Device ）器件是针对可见光波段设计，直接用于红外波段会遇到问题，提出了一

种远心投影光学引擎架构，

包括投影光学系统和照明光学系统．该光学引擎采用柯勒远心照明架构，并引入一片场镜来分离投影和照明光束．这种光学引擎结构紧凑、照明均匀、光能利用率高．关键词：红外仿真；数字微镜阵列（DMD ）；光学设计中图分类号：TN216文献标识码：A

Design of optical engine for infrared scene simulation

system based on DMD

JIAN Yi ，PAN Zhao-Xin ，YU Yang

（Shanghai Institute of Technical Physics ，Chinese Academy Sciences of China ，Shanghai 200083，China ）Abstract ：DMD （Digital Micromirror Device ）is originally designed for visible light spectrum ，so it brings lots of prob-lems when DMD is operated under infrared optics．To solve these problems ，we provide a telecentric projection optical engine architecture ，including projection optical system and illumination optical system．This optical engine employs Kohler telecentric illumination structure ，and a field lens is introduced to separate the illumination beams and projection

beams．This optical engine has good performance with compact structure ，uniform lighting and high energy utilization ef-ficiency．

Key words ：infrared scene simulation ，digital micromirror device （DMD ），optical design PACS ：42．79．Ag ，42．15．Eq

引言

红外成像制导技术已成为光学精确制导发展的

主流技术之一［1］

．红外制导系统的研发需要大量的测试工作，

外场测试是对红外系统实用性最真实可靠的测试，然而外场实验条件往往不可控．研发过程中，需要控制某些条件变量，来测试系统对另一单一条件变量的反应，这一点外场测试很难做到．而且外场测试成本高，测试效率不高．实验室仿真是一般外场测试实验的有效替代方法．实验室仿真可以提供可控的测试条件，实验结果可重复、成本低、效率高．半实物红外场景生成技术是一种实验室仿真技术，在实验室模拟目标和背景的红外辐射特性，为被测试的

红外成像系统提供红外目标和背景的图像源

［2-4］

．1DMD 红外场景生成原理

半实物红外场景仿真系统是一个闭环仿真系

统．该闭环系统工作流程为：

（1）仿真计算机根据各类算法产生红外场景图像的数据，并将这些数据发送至红外场景生成器；（2）红外场景生成器接受仿真计算机生成的仿真图像数据，并将这些图像数据生成为物理上的光学场景图像；这些光学场景图像投射系统与待测系

统光学成像系统准直，

使图像成像到待测系统中；（3）待测系统接受到仿真系统产生的光学图

像，并做出对应的系统参数调整（例如制导系统的飞行姿态）；调整后的参数反馈到仿真计算机，仿真计算机根据这些参数重新生成仿真图像数据；

红外与毫米波学报33卷

过程（1）（3）不断重复，实现整个红外场景仿真测试的过程．其中红外场景生成器是整个红外仿真系统中重要的核心组件，它直接决定着生成光学场景图像的质量．

红外场景生成技术主要有三种类型［5］

：直接红

外辐射类型、

可见光图像转换类型和红外辐射调制类型．其中红外辐射调制型器件的基本思想是将均

匀的红外辐射照明，通过空间光调制器件的一系列“开”“关”等操作，调制成所需的红外场景图像．这种类型的红外场景生成器一般具有高帧频、高分辨率的特点．

DMD （Digital Micromirror Device ）是Texas In-struments 公司的一种MEMS （Micro-electromechani-cal Systems ）器件．从功能上来说是一种空间光调制器件．DMD 器件上集成了成千上万个非常精细的正方形反射镜片．每个微小反射镜在工作状态下有两

种稳态，对应的是数字存储电路中“0”“1”两种状态，

也对应的是光开关的两种状态．最新的0．7XGA 规格的DMD 器件，每一个微镜的尺寸是13．68μm ?13．68μm ，两种稳态的翻转角度是?12?．DMD 光开关调制原理如图1所示，均匀照明光束以24?入射角照射到DMD 微镜，如果微镜处在+12?状态，则照明光束反射进入正上方的投影系统的入瞳中；如果微镜处在－12?，则照明光束反射到投影系统入瞳之外．

DMD 器件是反射式调制，对调制光波长没有选择性；它使用纯数字信号处理技术，控制灵活；再加上其高帧频、高可靠性，使之非常适用于红外场景生成系统

．

图1DMD 光开关调制原理

Fig．1Principle of light modulation by DMD

2基于DMD 的红外场景产生器光学引擎设计

DMD 器件本身不产生辐射，所以基于DMD 的

红外场景产生系统必须要有照明系统，

而且照明效果对最终仿真质量影响非常大［6］

．DMD 的光学引擎分为投影光学系统和照明光学系统两部分．照明光学系统的作用是将红外光源发生出的辐射均匀地照明DMD 器件表面，而投影系统的作用是将DMD 成像到待测红外系统的焦平面上．本文提供的光学引擎架构方案是针对中波红外（3 5μm ）设计的．

2．1红外光学窗口更换

DMD 在商业上是用做可见光投影仪的光调制器，然而DMD 器件是完全密封的，其原生的封装光学窗口是针对可见光波段透过率优化的，对中波红外和长波红外是不透的．Type-A 类型的DMD 的原生封装的光学窗口用的是Corning7056材料，其透过波长范围是250 2700nm．原装窗口可以针对紫外，可见光和近红外分别来优化镀膜，镀膜后的透过率曲线见图

2．

图2DMD 窗口透过率

Fig．2Transmittance of DMD ’s window

要利用DMD 调制中长波红外光，必须将其更换为透红外的光学材料．DMD 是精密器件，其封装环境要求较高，如果操作不当，容易造成DMD 的微

镜损坏和微镜铰链失效［7］

．

理论上能透红外的光学材料都可以作为DMD 窗口的更换材料；但是考虑到为了方便调试和观察，窗口材料最好能够同时可透可见光；作为窗口材料，对硬度、耐腐蚀性等也有一定要求．蓝宝石（Sap-phire ）材料在4．23nm 波长的折射率为1．664，在0．17 5μm 波段的透过率在80%以上，硬度高达

1370kg /mm ，密度为3．98g /cm 3

，常温下热膨胀系数5．6?10－6/K ［8］

．因此蓝宝石材料可以满足本文设计的中波（3 5μm ）红外场景产生系统的光学窗

口需求，

最终采用蓝宝石（Sapphire ）材料作为DMD 更换红外窗口材料．DMD 是在完全密封的状态下工作的，为了防止封装透气，需要将窗口玻璃的接触面

4期

蹇毅等：基于DMD 的红外场景仿真系统光学引擎设计

（与金属保护罩接触）进行金属化处理．DMD 二次封装时需要在干燥无尘的环境下进行，最终更换好红外窗口的DMD 见图

3．

图3更换成红外窗口的DMD

Fig．3DMD with infrared window

2．2

照明和投影架构设计

DMD 的微镜尺寸为13．68μm ?13．68μm．为了充分利用DMD 器件分辨率，投影系统的衍射极限需控制在单个微镜的尺寸范围内．根据衍射极限

公式，

在3 5μm ，投影系统的相对孔径F /#最小为2．8，孔径角约为10?．而目前DMD 的微镜的翻转角

度为12?，为了得到最佳图像对比度，照明光线的主光线为24?．从图4可以看出，照明光束和投影光束只有4?的角度分离空间．如果考虑到光学镜头余量和光学系统镜筒厚度，

照明光学系统和投影光学系统会在空间上重叠

．

图4照明系统和投影系统的微小分

离角度

Fig．4Narrow separation angle be-tween illumination system and projec-tion system

一般情况下，可以用TIＲ（Total Internal Ｒeflec-tion ）棱镜分开照明光路和投影光路，如图5所示［9］

．然而对于红外波段，红外光学材料的折射率较高，所以全反射临界角小，导致能透射的光束孔径角也小，会限制投影系统的相对孔径，对于TIＲ棱镜

分光设计也很不利．红外材料的光吸收也比较大，

TIＲ棱镜内的光路较长，且TIＲ棱镜胶合材料对于红外的吸收较大，会吸收掉较多的能量．所以在红外波段下，不适宜用TIＲ棱镜分离照明光学系统和投影光学系统

．

图5TIＲ棱镜分离照明光束和投影光束

Fig．5Illumination beams and projection beams are separated by TIＲprism

引入一种大场镜架构，解决投影光束和照明光束分离问题．整体结构见图6．本架构里有一片场镜在DMD 正上方．它同时在照明光学系统和投影光学系统里产生光焦度；其镜片中心与DMD 中心和投影光束光轴在一条直线上．系统的照明光源采用硅碳棒，通过椭球反光碗和匀光棒的作用，产生均匀的光分布．匀光棒内部多次反射光，在出口处形成均匀光分布，在匀光棒入口处形成一个虚拟光源阵列

［10］

．照明系统（包含场镜作用）采用柯勒照明方

式，

将匀光棒入口处的虚拟光源阵列通过照明透镜成像到投影系统的入瞳处，将匀光棒出口处成像到DMD 表面

．

图6照明和投影整体架构

Fig．6Architecture of optical engine

系统中，照明系统孔径光阑和投影系统孔径光阑都放在同一平面上，孔径光阑到DMD 之间只有

红外与毫米波学报33卷

一片场镜．将两个孔径光阑位置正好落在场镜的焦面上，可以同时满足照明系统像方远心和投影系统物方远心的条件．照明透镜组使匀光棒入口处与照明系统孔径光阑保持物象共轭，可以让虚拟光源阵列最终成像到无限远处，匹配投影系统入瞳，实现柯

勒照明条件．所以这种架构下，照明透镜要反复设计，使之能同时保持两对共轭关系．

投影光学系统对像质要求较高，不宜采用镜片

偏心设计；而照明光学系统对像质没有太高要求

［11］

，所以设定照明系统偏心设计．场镜对照明系统光路是偏置的，照明光线以24?照射到DMD 表面．利用作图法分析场镜的光路，见图7．照明角θ

为24?，

h 为两个光阑中心之间的距离，d 为光阑的直径，

f 为场镜的焦距．为了满足光孔转接原则，两个孔径光阑的直径应相等．DMD 的位置在场镜的另一个焦面上

．

图7场镜分离照明光学和投影光束示意图

Fig．7Schematic diagram ofseparation by field lens

图7中的光线均为主光线，在孔径光阑的中心相交．将场镜当做薄透镜来分析，

焦面的点发出的光透过薄透镜，方向与该点和主点的连线（图7中的虚线）平行．所以从图中容易得出h 和θ的几何关系：

h =f ·tan θ

．

（1）

照明系统和投影系统的孔径光阑在一个平面上，

所以光阑的直径须小于光阑中心之间的距离：d ＜h

．

（2）

投影系统的相对孔径为2．8，由于DMD 在场镜焦面上，光锥进入通过场镜后变为平行光．从图则得出投影系统的孔径光阑直径：

d =f /2．8

．

（3）

比较式（1）和式（3），发现可以满足式（2）的条

件，两个孔径光阑不会相互影响．

场镜是整个系统架构的重要元件，它同时参与照明光学系统和投影光学系统，所以照明系统

和投影系统需要同时一起设计．对于投影光学系

统，由于孔径光阑在场镜的焦面上，投影光束经过光阑时成平行光，所以投影镜头（不含场镜）可以参考望远系统的设计方法来设计；投影光学系统，成像质量是最重要的性能指标，但不能一味追求

像质而引入过多的镜片来平衡像差，

因为红外镜片透过率较低，镜片数量增多会降低投影系统透

过率．透过率低会造成仿真系统的对比度下降，导致仿真动态范围下降．所以设计投影系统，需要平

衡像质和透过率．

对于照明光学系统，除了要满足光扩展量对

光源匹配，

保证没有光能被拦截，最重要的是照明的均匀性．场镜虽然同时在照明光学系统和投影

光学系统中，但为了保证投影系统的成像质量，一般放在投影系统中来优化设计．在照明系统中，

由于场镜的偏心设置，

将匀光棒出口完美成像到DMD 表面比较困难．照明系统对像差要求不高，只要保证柯勒照明的条件，适当地优化就能得到均匀的照明效果．

3设计结果

按照上一节论述的方法，设计了一套DMD 的

照明投影光学引擎．照明透镜系统采用的放大率为2，投影系统焦距90mm ，相对孔径2．8，视场角12?．照明均匀性是整个架构的关键指标．用Zemax 光学软件非序列模式进行光线追迹仿真，得到DMD 表面照明效果，如图8 10所示

．

图8DMD 表面空间照明分布

Fig．8Ｒay tracing simulation for illuminance on DMD

从仿真结果可以看出系统的照明均匀度接近90%，照明角分布对称，并集中在24?．

4期

蹇毅等：基于DMD

的红外场景仿真系统光学引擎设计

图9DMD 表面照度一维截面图

Fig．9Ｒadiance at DMD in position space as cross sec-tion

column

图10DMD 照明光线角度分布图

Fig．10Ｒadiance at DMD in angle space as cross section column

4结论

设计了一种场景架构的DMD 中波红外仿真器光学引擎，利用场镜有效避免了投影光学系统和照

明光学相互遮挡的问题；采用柯勒远心照明方式，能得到均匀的空间照明和一致的照明孔径角；没有使用TIＲ棱镜，避免了光能损失，能量利用率高．在此架构上，若投影系统设计成连续变焦镜头，可以满足不同待测系统的视场角匹配．Ｒeferences

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dynamic infrared scens project ［

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红外透波材料的研究发展

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。

合成孔径雷达概述(SAR)

合成孔径雷达概述 1合成孔径雷达简介 (2) 1.1 合成孔径雷达的概念 (2) 1.2 合成孔径雷达的分类 (3) 1.3 合成孔径雷达(SAR)的特点 (4) 2合成孔径雷达的发展历史 (5) 2.1 国外合成孔径雷达的发展历程及现状 (5) 2.1.1 合成孔径雷达发展历程表 (6) 2.1.2 世界各国的SAR系统 (9) 2.2 我国的发展概况 (11) 2.2.1 我国SAR研究历程表 (11) 2.2.2 国内各单位的研究现状 (12) 2.2.2.1 电子科技大学 (12) 2.2.2.2 中科院电子所 (12) 2.2.2.3 国防科技大学 (13) 2.2.2.4 西安电子科技大学 (13) 3 合成孔径雷达的应用 (13) 4 合成孔径雷达的发展趋势 (14) 4.1 多参数SAR系统 (15) 4.2 聚束SAR (15) 4.3极化干涉SAR（POLINSAR） (16) 4.4合成孔径激光雷达（Synthetic Aperture Ladar） (16) 4.5 小型化成为星载合成孔径雷达发展的主要趋势 (17) 4.6 性能技术指标不断提高 (17) 4.7 多功能、多模式是未来星载SAR的主要特征 (18) 4.8 雷达与可见光卫星的多星组网是主要的使用模式 (18) 4.9 分布SAR成为一种很有发展潜力的星载合成孔径雷达 (18) 4.10 星载合成孔径雷达的干扰与反干扰成为电子战的重要内容 (19) 4.11 军用和民用卫星的界线越来越不明显 (19) 5 与SAR相关技术的研究动态 (20) 5.1 国内外SAR图像相干斑抑制的研究现状 (20) 5.2 合成孔径雷达干扰技术的现状和发展 (20) 5.3 SAR图像目标检测与识别 (22) 5.4 恒虚警技术的研究现状与发展动向 (25) 5.5 SAR图像变化检测方法 (27) 5.6 干涉合成孔径雷达 (31) 5.7 机载合成孔径雷达技术发展动态 (33) 5.8 SAR图像地理编码技术的发展状况 (35) 5.9 星载SAR天线方向图在轨测试的发展状况 (37) 5.10 逆合成孔径雷达的发展动态 (38) 5.11 干涉合成孔径雷达的发展简史与应用 (38)

红外光学材料大全

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

光学合成孔径成像技术简介

光学合成孔径成像技术简介机械电子工程 201028013919088 李鹏一.光学合成孔径成像的研究意义高分辨率目标成像对航天遥感和军事应用有着重要意义,根据波动光学理论,传统光学成像系统角分辨率为[1]： 1.22/D θλ= 分辨率受波长和光学系统口径的限制。对于一定的工作波段,若要提高系统的角分辨率，则只能增大系统口径。而在实际应用中很多因素限制了系统孔径的增大。高分辨率成像需要长焦距、大口径光学系统，但其成本高、材料制备困难、制造技术难度大，这些因素制约着大口径光学系统的发展。于上世纪70年代提出的多孔径成像技术为提高分辨率提供了新的方法。如何用小口径系统来达到单个大望远镜的分辨本领，就是多孔径成像的目的。与传统的光学系统相比，多孔径成像技术具有如下特征和优点[2]：①降低了光学元件的加工制造难度；②光学元件体积小，重量轻，系统可以设计成为折叠式，有利于减小发射体积和重量，节约发射费用；③系统设计和组装灵活多变，特别适用于各种空间光学系统。为了提高成像系统的分辨率，光学多孔径成像技术从无到有，逐步发展壮大，可以肯定地说，随着技术的发展，多孔径成像技术将被应用到更多的成像领域。二. 光学合成孔径成像原理 1.光学成像原理分类[3] 光学成像原理可分为三大类，一类是几何光学、像差理论成像原理，通常的光学系统设计按此理论基础进行的；一类是衍射成像原理，它以波动光学的衍射理论为基础，结合通信理论中线性系统的方法，把成像系统视为空不变的线性系统，成像系统的特性用相干传递函数(相干照明)或光学传递函数(非相干照明)来描述，衍射成像原理在像质定量评价和成像系统分辨率的研究以及实现高分辨率成像等方面起了重要的作用；另一类成像理论是干涉成像原理，它认为成像过程本质上是干涉过程，像面上任何一点的光扰动必然是出瞳上各点光扰动贡献的

FLIR光学气体成像红外热像仪

光学气体成像（OGI）用红外热像仪最全汇总在过去几十年，红外热像仪已经彻底引发许多行业的维护革命，在减少环境破坏中也发挥了非常重要作用。工厂气体泄漏不仅危害环境，而且也耗费企业大量的资金。对此，FLIR 已经推出了一系列的气体泄漏检测应用红外热像仪，能检测包括VOC（挥发性有机化合物）气体在内的很多气体。光学气体成像用红外热像仪，能够在不停止作业的情况下让您“看”见气体，并迅速锁定泄漏点。它可以让工作人员在安全距离以外检测气体，大大保证了安全性，并且相对于传统的“嗅探器”技术，效率也会大大提高。目前可应用在石油化工、天然气、电力、环保执法等领域。红外热像仪根据波长的不同，可以检测出多达几十种气体，这就要求企业需要根据自身需求选择合适的红外热像仪型号。本期内容谱盟光电整理了菲力尔光学气体成像（OGI）用红外热像仪所有型号，希望能够对您有所帮助。一、FLIR GF304 制冷剂的光学气体成像 FLIR GF304是一款气体成像型红外热像仪，专用于在不停止作业的情况下检测制冷剂。制冷剂普遍应用于全球食品生产、存储及销售所使用的工业制冷系统中。制冷剂还用于化学、制药和汽车业以及空调系统。为保持商品的凉爽状态，工业制冷系统的持续运行就变得非常重要。此外，制冷剂更换或充装也是一项耗费金钱的工作。尽管制冷剂在许多行业中都起着重要作用，但它可能危害环境，地方法律法规可能对其做了限用规定。这就是快捷检漏是重中之重的原因所在。二、FLIR GF306 专为六氟化硫（SF6）和氨气而设计 FLIR GF306能够在不断开高压设备电源或停止作业的情况下显示并准确找到SF6和氨气的泄漏点。这款便携式热像仪能够在安全距离以外检测泄漏，大大保证了操作人员的安全，此外，其还能够对危害环境的气体进行跟踪，具有环保效益。在电力行业中，将SF6作为绝缘气体和淬火介质用于气体绝缘变电站和断路器，氨气产生于氨厂，主要用于化肥生产。三、FLIR GF309 穿透火焰检测加热炉

红外光学玻璃与红外晶体材料光学特性

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

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

红外光学材料大全

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

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

材料的红外光学性能

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），

红外光学材料大全

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

红外硫系玻璃

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。

红外光学玻璃与红外晶体材料光学特性

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

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

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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

红外光学系统

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。

光学行业分类

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