Оптическое окно в инфракрасных тепловизионных системах

Диапазон рабочих длин волн типичных тепловизионных термометров находится в средне-длинноволновом инфракрасном диапазоне, 2-14 мкм (2000-14000 нм) или 7-14 мкм (7000-14000 нм). Специфический работая диапазон длины волны может поменять между продуктами различных изготовителей. Обычные оптические линзы, однако, полностью отрезаны и становятся непрозрачными за пределами 3000 нм.

Этот тип стекла, при использовании в тепловизионных устройствах, не будет проявлять изменения температуры и, следовательно, не будет эффективным для тепловизионного измерения температуры. В этом случае необходимо использовать фильтр, который может передавать средне-и длинноволновые инфракрасные волны. Обычно используемыми материалами для этой цели являются монокристаллический кремний и монокристаллический германий.

В некоторых тепловизионных устройствах мы также можем использовать кристаллы кремния для замены германиевого стекла. Диапазон рабочих длин волн кристаллов кремния не так обширен, как у германиевого стекла. Однокристаллический кремний (Si) представляет собой химически инертный материал с высокой твердостью и нерастворим в воде. Он обладает отличными светопропускающими свойствами в диапазоне длин волн 1-7 мкм.

Германиевое стеклоОбладает превосходными светопропускающими свойствами в диапазоне длин волн 2-16 мкм и химически стабилен, что делает его устойчивым к реакциям с оксидами металлов, кислотными веществами, воздухом и водой. Инфракрасные термометры и тепловизионные устройства требуют фильтров, которые могут передавать средние и длинные волны инфракрасного излучения. Эти устройства обычно работают в диапазоне 2-13 мкм, и германиевое стекло хорошо подходит для этой цели из-за его отличной передачи в средне-и длинноволновом инфракрасном диапазоне. Обычное оптическое стекло имеет очень низкий коэффициент пропускания в этих длинах волн, что делает его непригодным для таких применений. Кроме того, покрывая германиевое стекло оптическими тонкими пленками, его коэффициент пропускания может быть значительно увеличен, а его поверхностное отражение может быть уменьшено. Германиевое стекло непрозрачно в диапазоне длин волн видимого света.

Кроме того, германиевое стекло обладает превосходными светопропускающими свойствами в дальнем инфракрасном диапазоне длин волн 300-3000 мкм, что не характерно для других инфракрасных материалов. Однокристаллический кремний (Si) обычно используется для средних инфракрасных оптических окон и подложек оптических фильтров в диапазоне 3-5 мкм. Благодаря хорошей теплопроводности и низкой плотности, кремний также является широко используемым материалом для изготовления лазерных зеркал, инфракрасных термометров и инфракрасных оптических линз.

Как правило, германиевое стекло используется для окон инфракрасных тепловизионных приборов и инфракрасных термометров, в первую очередь с учетом диапазона длин волн 8-14 мкм. Без покрытия коэффициент пропускания германиевого стекла составляет всего 40-50%. Однако после нанесения антибликового покрытия коэффициент пропускания может достигать 90%, что улучшает чувствительность обнаружения продукта и диапазон измерения температуры. Кроме того, многие клиенты требуют, чтобы германиевое стекло было покрыто алмазоподобной углеродной пленкой (DLC) для повышения его твердости и обеспечения некоторой степени взрывозащиты.