Ключевой параметр материалов, пропускающих инфракрасное излучение: коэффициент пропускания. 

Основная функция материалов, пропускающих инфракрасное излучение, заключается в обеспечении эффективной передачи сигналов инфракрасного излучения. Коэффициент пропускания (обычно обозначаемый как T) является ключевым показателем для количественной оценки этой функции. Он напрямую определяет точность обнаружения, потери сигнала и качество изображения в инфракрасных оптических системах. Он является основной основой для выбора и оценки характеристик оптических компонентов, таких как инфракрасные окна, линзы и призмы, а также наиболее важным параметром обнаружения в исследованиях, разработках и производстве инфракрасных материалов.

I. Что такое коэффициент пропускания инфракрасного излучения?

Коэффициент пропускания инфракрасного излучения — это отношение интенсивности прошедшего света к интенсивности падающего света после прохождения инфракрасных электромагнитных волн через материал, пропускающий инфракрасное излучение. Обычно он выражается в процентах (%). По сути, это количественная оценка способности материала пропускать инфракрасный свет, отражающая степень потери энергии при распространении инфракрасного света в материале.

Его основная корреляция подчиняется закону сохранения энергии: T + R + A = 1 (где T — коэффициент пропускания, R — коэффициент отражения, а A — коэффициент поглощения), то есть часть энергии падающего инфракрасного света проходит сквозь материал, часть отражается от поверхности, а часть поглощается внутренней частью материала, и сумма этих трех величин равна 1.

II. Типичный диапазон пропускания для материалов, пропускающих инфракрасное излучение.

1. Материалы с высокой светопропускаемостью (T≥90%): Подходят для высокоточных оптических систем, таких как высококачественные линзы, окна спектрометров и лазерные линзы. Они требуют чрезвычайно низких потерь света, высокой чистоты материала и отсутствия значительных внутренних дефектов.

2. Материалы со средней светопропускаемостью (80%≤T<90%): Подходят для обычных оптических компонентов, таких как обычные линзы и гражданские оптические окна. Они отвечают повседневным потребностям в светопропускании и отличаются высокой экономической эффективностью.

3. Материалы с низкой светопропускаемостью (T<80%): Подходят только для сценариев с более низкими требованиями к светопропусканию, таких как светоблокирующие фильтры, декоративные оптические компоненты или специальные применения, требующие преднамеренного снижения светопропускания.

III. Ключевые факторы, влияющие на пропускание инфракрасного излучения материалами

1. Химический состав и чистота самого материала: Примеси и дефекты в материале (такие как пузырьки, трещины и ионы примесей) усиливают поглощение и рассеяние инфракрасного света, значительно снижая пропускание. Высокочистое сырье является основой для получения высокого пропускания. Халькогенидное стекло без мышьяка, удаляя примеси мышьяка, эффективно устраняет пики поглощения инфракрасного света и улучшает характеристики пропускания.

2. Состояние поверхности материала: Шероховатость и гладкость поверхности напрямую влияют на потери на отражение. Чем глаже и ровнее поверхность, тем ниже потери на отражение и выше коэффициент пропускания; наоборот, шероховатая поверхность вызовет рассеянное отражение инфракрасного света, увеличивая потери энергии. Кроме того, царапины и пятна на поверхности также снижают коэффициент пропускания.

3. Процесс нанесения поверхностного покрытия: Инфракрасные материалы по своей природе обладают поверхностными потерями на отражение (поверхностные потери на отражение непокрытого стекла составляют около 4% с каждой стороны). Нанесение инфракрасной антиотражающей пленки (AR-пленки) позволяет эффективно подавить потери на отражение и увеличить коэффициент пропускания на 5–10%, что является ключевым способом оптимизации характеристик пропускания.

4. Условия и среда проведения испытаний: Длина волны инфракрасного излучения, температура и влажность влияют на результаты. В качестве стандартов испытаний обычно используются определенные диапазоны инфракрасного излучения (например, 3–5 мкм в средневолновом диапазоне и 8–12 мкм в длинноволновом диапазоне), а сами испытания проводятся при комнатной температуре (25℃) в сухом помещении для обеспечения точности и сопоставимости результатов.

IV. Как измерить коэффициент пропускания инфракрасного излучения?

Наиболее распространенным прибором является инфракрасный спектрометр, основные этапы измерения которого следующие:

1. Образец материала, пропускающего инфракрасное излучение (окно, заготовка линзы и т. д.), вырезается до стандартного размера, поверхность очищается от царапин и пятен.

2. Инфракрасный спектрометр запускается, устанавливается длина волны измерения (например, 2–15 мкм), и сначала регистрируется спектр фонового излучения (интенсивность падающего света без образца).

3. Образец помещается в оптический тракт, регистрируется спектр образца (интенсивность прошедшего света), и прибор автоматически вычисляет значения пропускания на разных длинах волн.

4. Для повышения точности обычно необходимо проводить измерения несколько раз в разных местах образца и брать среднее значение для построения кривой пропускания в зависимости от длины волны, что позволяет уточнить характеристики пропускания образца в целевом диапазоне длин волн.

Подведите итоги