红外光学材料大全
红外光学功能材料的研究进展
红外光学功能材料的研究进展在现代科技的发展中，红外光学技术被广泛应用于红外成像、光纤通信、红外传感器等众多领域，而红外光学功能材料作为红外光学器件的重要组成部分，也因其优异的性能而备受研究者的关注。
本文将从红外光学功能材料的分类、研究方法和应用前景等方面，探讨近年来红外光学功能材料的研究进展。
一、红外光学功能材料的分类红外光学功能材料广泛涉及到玻璃、聚合物、金属氧化物等多种材料。
其中，玻璃材料是红外光学材料领域的重要研究方向之一。
常见的玻璃材料包括硒化物玻璃、硫化物玻璃、氟化物玻璃等。
硒化物玻璃具有宽窗口、高折射率、低原子振动、化学稳定性好等特点，适用于红外光的传输。
而硫化物玻璃具有较高的辐射抵抗性、较低的散射损失、较高的折射率等优势，在红外激光器件中具有潜在的应用价值。
氟化物玻璃由于具有优异的透明性和化学稳定性，被广泛应用于红外光学成像、红外激光器件等领域。
另一类重要的红外光学功能材料是聚合物材料。
聚合物材料以其低成本、可塑性强等特点，成为红外光学领域的研究热点。
例如聚芳酰胺纤维具有高强度、低吸水性等特点，广泛应用于红外激光器件、红外探测器等设备中。
聚氨酯材料则以其良好的力学性能、化学稳定性，成为一种理想的红外隔热材料。
而金属氧化物材料，由于其具有较高的折射率和吸收特性等，在红外光学设备中具有广泛的应用前景。
如氧化锌材料、氧化锡材料等，都能在红外波段中起到良好的透射和控制制御性能，被广泛应用于红外滤波器、红外窗口等器件中。
二、红外光学功能材料的研究方法红外光学功能材料的研究方法主要分为合成方法和表征方法两个方面。
在材料的合成方法上，目前常用的方法包括溶胶-凝胶法、电泳沉积法、熔窗法、溅射法等。
这些方法可以制备出具有良好光学性能和稳定性的红外光学材料。
在红外光学功能材料的表征方法上，常用的方法包括红外透射谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱等。
这些方法可以了解材料的光学性能、结构性能等，为材料的合成和应用提供科学依据。
红外光学材料性能-总结归档
发展和展望： 1、对已研究的红外材料要着重开展工艺方面研究，以期获得更大尺寸、更高质量和更低成本； 2、要开展对光学级金刚石生长，蓝宝石近尺寸成型技术，ZnS/ZnSe复合材料、多晶氧化铝的研 究，填补国内技术空白。
红外窗口的综合性能指标主要由热破裂品质因子(M)和光畸变品质因子(Q)来表征。高马赫数导弹整流罩还有抗热冲击品质因子(R)
＜0.1@5 μ m
3500
0.8～1.2 @300 K
-
2050
4.4@300K（垂 直）
0.92@5μ m
0.33@296K 1.02@300K
0.124
0.78@300K
18@300K 74/70.9
63
21@300K 114/139
1
20@300K
35@300K（平行） 33@300K（垂直）
0.5/0.9 36.5 50/68
1 50/150 100～150
2~8
2.2/1.7/2
-
784±35%（a 轴）
200
105350±03～4%1（00c0
1.1/1.9 100-200
190
1.43/2-2.4 0.7/0.43 0.74/0.9
300
90-100
70-340
300/622
90
986～1079
340-460
9.6×10－6 @10.6 μ m
6~12
2135
5.6@300K 11.7@2000K
0.5@5 μ m
1.08@441K 0.88@300K 13.8@308K 14.6@300K
193
3
氮氧化铝 （AlON）
立方结构
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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 TransmissionWavelength 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光学性质：折射率随波长的变化（CVD硫化锌（ZNS）（20摄氏度）多光谱CVD硫化锌(CLEARTRAN ZnS)(20摄氏度)3,进口氟化钙(CaF2)和氟化镁(MgF2)晶体氟化钙(CaF2)和氟化镁(MgF2)晶体，硬度高，抗机械冲击和热冲击能力强，在紫外，可见和红外波段具有良好的透过率，广泛用于激光，红外光学，紫外光学和高能探测器等科技领域，特别是它们在紫外波段的光学性能很好，是目前已知的紫外截止波段的光学晶体，透过率高，荧光辐射很小，是紫外光电探测器，紫外激光器和紫外光学系统的理想材料。
红外光学玻璃及红外晶体材料光学特性
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。
材料科学中的红外光学材料研究
材料科学中的红外光学材料研究红外光学材料在当代材料科学中，具有非常重要的地位。
红外光学材料广泛应用于热成像、生物医学成像、传感器、激光领域、医疗设备等很多领域。
其研究对于推动现代科学技术的发展，具有非常重要的作用。
下面本文将从红外光学材料的定义、特性、应用以及材料研究的进展几个方面来分析红外光学材料的研究现状。
一、红外光学材料的定义与特性红外光学材料，是指在红外波段中具有一定透过率、透明度的材料，可以传输红外辐射的材料。
红外光学材料可以分为晶体、陶瓷、非晶体三大类。
其中晶体材料主要包括二氧化硅、氟化镁、氟化铝等，这些材料具有不同的晶体结构，各自具有不同的物理性质。
陶瓷材料是通过烧结指定的单一材料，制成的一种新型材料，常见的有氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等。
相对于晶体材料而言，陶瓷材料具有更好的化学稳定性和抗辐射性。
非晶体可分为各种改性玻璃、聚合物等。
红外光学材料的特性是其在红外波段内有较高的透过率、较低的吸收率，并具备一定的热传导性能。
此外，红外光学材料的物理性质也随着其结构的变化而变化。
二、红外光学材料的应用1、红外热成像红外热成像是红外光学材料最常见的应用之一。
它是利用材料对红外辐射的透过性能，测定出目标物体红外辐射的强度分布，从而对其进行热成像。
红外热成像技术在军事、医学、建筑、环保等方面都有非常广泛的应用。
2、生物医学成像红外光学材料中的红外荧光材料，可以用于生物标记，实现微观细胞成像。
这项技术可以用于生物医学中的组织结构重建、癌细胞检测等领域，是生命科学成像领域中非常有前景的一项技术。
3、传感器红外光学材料在传感器领域中也有着很重要的应用。
通过对红外光学材料中的光学特性的研究，可以实现对光学信号的建模和分析，从而用于制造传感器。
红外传感器在环境监测、生命科学、材料科学等领域中都有较大的应用空间。
4、激光领域红外光学材料中的激光材料和非线性光学材料，在激光领域中具有广泛的应用。
例如，用于激光医疗中的Er:YAG激光晶体、用于高能激光器件中的YAG晶体等。
红外透镜材料
红外透镜材料
红外透镜材料是一种能够透射红外光的特殊材料，它在红外光学系统中起着至
关重要的作用。
红外透镜材料的选择对于红外光学系统的性能和应用具有重要的影响。
本文将介绍一些常见的红外透镜材料及其特性。
首先，硫化锌是一种常见的红外透镜材料，它具有优良的光学性能和机械性能。
硫化锌透镜在红外光学系统中被广泛应用，其主要特点是透射率高、色散小、机械性能好。
硫化锌透镜在红外成像、红外测温等领域有着重要的应用价值。
其次，氟化镁是另一种常见的红外透镜材料，它具有优异的透射性能和热学性能。
氟化镁透镜在红外激光系统、红外通信系统等领域有着广泛的应用，其主要特点是透射率高、热学稳定性好、抗辐射能力强。
此外，硫化铟是一种新型的红外透镜材料，它具有优秀的光学性能和化学稳定性。
硫化铟透镜在红外光学系统中具有广阔的应用前景，其主要特点是透射率高、色散小、化学稳定性好。
硫化铟透镜在红外成像、红外测距等领域有着重要的应用价值。
总的来说，红外透镜材料在红外光学系统中具有重要的应用价值，不同的红外
透镜材料具有不同的特性和适用范围。
在实际应用中，需要根据具体的系统要求和环境条件选择合适的红外透镜材料，以确保系统性能和稳定性。
希望本文介绍的红外透镜材料能够为相关领域的研究和应用提供参考，推动红外光学技术的发展和进步。
红外光学材料第六章
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。
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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：
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)
理化性质：
光学性质：
折射率随波长的变化
（CVD硫化锌（ZNS）（20摄氏度）
多光谱CVD硫化锌(CLEARTRAN ZnS)(20摄氏度)
3,进口氟化钙(CaF2)和氟化镁(MgF2)晶体
氟化钙(CaF2)和氟化镁(MgF2)晶体，硬度高，抗机械冲击和热冲击能力强，在紫外，可见和红外波段具有良好的透过率，广泛用于激光，红外光学，紫外光学和高能探测器等科技领域，特别是它们在紫外波段的光学性能很好，是目前已知的紫外截止波段的光学晶体，透过率高，荧光辐射很小，是紫外光电探测器，紫外激光器和紫外光学系统的理想材料。
与氟化钙(CaF2)不同的是氟化镁(MgF2)是一种双折射晶体。
透过率曲线：
Calcium Fluoride (CaF2)
Wavelength (micrometers)
Magnesium Fluoride (MgF2)
Wavelength ( micrometers)
物理性质：
光学性质：
折射率性质：(CaF2)
(MgF2)
4,进口氟化钡红外光学材料
氟化钡(BaF2)在200—9500nm光谱范围有接近90%的光学透过率。
通常应用于低温制冷成像系统，航天光学系统和激光光学系统中的透镜，分束镜，滤光片，棱镜和窗口等。
该材料有一定的水溶解主适合干燥环境下使用。
光学性质:
10-6
透过率曲线:
Barium Fluoride (BaF2)
Wavelength (μm)
理化性质：
折射率随波长的变化:)(20℃)
5,氟化锂(LiF)晶体
氟化锂(LiF)晶体是常用红外光学材料中折射率最小的，它的透射光谱范围为120nm—7000nm，通常用于热成像系统，航天光学系统和准分子激光光学系统的透镜，棱镜和窗口。
该材料的水溶解度较高，热膨胀系数较大，大大气环境下使用时，要采取特别的措施防止其潮解和变形。
透过率曲线：
Wavelength (micrometers)
理化性质:
光学性质:
折射率随波长的变化:)(20℃)
6砷化镓(GaAs)晶体
砷化镓(GaAs)晶体的化学稳定性好,硬度高,抗恶劣环境能力极强,它在2μm---14μm光谱范围有很好的透过率,广泛应用于热红外成像系统,大功率CO2激光光学系统和FLIR系统.在现场环境很差,光学镜头或窗口需要反复擦拭的条件下,砷化镓(GaAs)常被用来替代硒化锌(ZnSe)作为红外镜头或窗口的材料.
透过率曲线:
Gallium Arseide (GaAs)
Wavelength(μm)
理化性质:
光学性质:
折射率随波长的变化:)(20℃)
7,国产锗(Ge)单晶
锗(Ge)单晶是一种化学惰性材料,它的透射光谱范围为2--12μm,是一种非常常用的红外光学材料,具有硬度高,导热性好,不溶于水等特点.广泛用于红外成像系统和红外光谱仪系统.锗单晶的机械性能和导热性能好,在10.6μm处的吸收很小,是CO2激光透镜,窗口和输出耦合镜的理想材料.锗(Ge)单晶还被用做各种红外滤波器的基底材料.
透过曲线:
Germanium(Ge)
Wavelength(μm)
理化性质:
光学性质:
折射率随波长的变化:)(20℃)
8,进口硅(Si)单晶
硅(Si)单晶是一种化学惰性材料,硬度高,不溶于水.它在1-7μm波段具有很好的透光性能,同时它在远红外波段300-300μm也具有很好的透光性能,这是其它光红外材料所不具有的特点.硅(Si)单晶通常用于3-5μm中波红外光学窗口和光学滤光片的基片.由于该材料导热性能好,密度低,也是制作激光反射镜的常用材料.
透过曲线:
理化性质:
光学性质:
折射率随波长的变化:)(20℃)。