红外光学材料大全
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。
傅立叶红外光谱一些红外透光材料
傅立叶红外光谱一些红外透光材料选择红外透光材料要根据测定波长，机械强度，稳定性和经济性来考虑，文献报导的透光材料很多，但是实际应用的并不太多：（1）溴化钾KBr：易潮解，透过波长7800～400cm-1，(25μm以下)透过率大于92%，不易低温。
（2）氯化钠NaCl：易潮解，透过波长500～625cm-1，(2～16μm)不易低温。
（3）氟化钙CaF２：不易潮解，透过波长7800～1100cm-1(1～9μm)，透过率大于90%，不耐机械冲击。
：（4）氟化镁MgF2：不易潮解，透过波长0.11～8.5μm，透过率大于90%。
（5）氟化钡BaF2：不易潮解，透过波长7800～800cm(1～12μm)透过率大于90%。
（6）金刚石：碳的一种，有Ⅰ型和Ⅱ型两种，透光波长10cm-1，(1000μm)。
它们在4～6μm(2300～1660cm-1)有吸收，Ⅰ型还在19～22μm和7～11μm有两个吸收带，据此可以鉴别金刚石的类型。
（7）锗Ge：纯度越高透光越好，透光性受纯度和厚度的影响，23μm和40μm 以外可以使用，在120℃时不透明。
（8）硅Si：耐机械和热冲击，可达15μm，但是，在9μm(1110cm-1)时有一吸收带。
（9）热压块：用红外晶体的粉末加压成型，有MgF2，ZnS，CaF2，ZnSe，MgO 等，混合热压块的机械性能超过晶体。
（10）塑料：高密度聚乙烯在20～1000μm的远红外区可以使用，还有聚乙烯，聚四氟乙烯等薄片也可以使用。
（11）氯化银AgCl：软，不易破裂，435cm-1(23μm以下)，易变黑，贵。
（12）溴化银AgBr：软，不易破裂，285cm-1(35μm以下)，作为全反射材料。
（13）硫化锌ZnS：不易潮解，透过波长7800～700cm-1，(1～14μm)透过率大于85%。
（14）溴（碘）化铊KRS-5：TiI58%和TiBr42%混晶，不易裂，透过波长7800～200cm-1，(1～50μm)，透过率大于92%，折射率高，全反射材料，贵，有毒。
红外吸收光谱仪吸收池材料
红外吸收光谱仪吸收池材料
红外吸收光谱仪的吸收池材料通常是由各种透明或半透明的材料制成，例如：
1.氯化聚氯乙烯（CPVC）：具有较好的化学稳定性和机械强度，不易受到溶剂的影响，适用于各种样品测量。
2.铝（Al）：具有良好的光学性能和高反射率，可以提高吸收池的反射能力。
3.硅（Si）：具有优越的光学性能和较高的抗腐蚀能力，在长时间使用中不受样品的影响。
4.石英（quartz）：具有良好的透明性和化学稳定性，广泛用于高精度测量以及有机分子和蛋白质的测量。
5.聚四氟乙烯（PTFE）：具有耐腐蚀和抗粘滞性能，不易吸附样品，适用于液态和膏状样品的测量。
总之，各种材料都有其特点和适用范围，需要根据具体的实验需求来选择。
红外材料目录幻灯片
膨胀系数( α 100/300℃)：62.9×10-7/k • 机械性能 奴普硬度(20℃，) 583 kgf /mm2 弯曲强度(20℃～260℃，MPa)82.7 压缩强度(20℃～260℃，MPa)115 弯曲弹性模量(20℃～260℃，GPa) 83 • 化学性质 耐酸 2级 耐水 4级 • 其它性质 比重（g/cm3） 3.4
IRB63
（样品厚度2.0mm)
80
透过率（%）
70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
波长（μ m)
• IRB63是砷—锑—硒（Ge-SbSe）系统中一种玻璃，它具 有良好的透过率、极低色散 性能，可同其他的红外材料 配合使用，应用于需色校正、 无热失焦的红外光学系 • 统中。应用波长范围：3-5μm and 8-12μm。 • IRB63可以用多种形式供货， 如：块料、片料、镜片毛坯 等。若客户需要的话，我们 • 也可以根据客户的图纸进行 加工，可以提供如：镀膜镜 片、窗口等。 • 注:对应美国的GASIR2
材料性能
• 成分:Ge-As-Se • 密度（ρ ）: 4.41g/cm3 • 热膨胀系数(α ):159×107/℃ • 比热(Cp): • 热导率: • 转变温度 (Tg):282℃ • 软化温度(Tf): :341 ℃ • 努氏硬度（HK）:152kgf /mm2 • 杨氏模量（E）: • 折射率温度系数: 55x106/K(10.6μ m) • 波长 折射率 • 10.0 2.4944
IRB11
红外性能
透过率（％）
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 波长（μ m) 5
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
红外光学材料第三章
第三章 红外光学材料的热学、力学性质3.1.引言到目前为止，红外光学材料都是无机非金属材料。
它的最大特点是脆性，和传统的结构陶瓷特点是一样的，因而应归类为陶瓷材料。
尽管其中有一些是属于半导体材料，因为它们在一定的波段是光学透明的，又可以称它们为光学陶瓷。
除过少数半导体红外光学材料（如Ge 、Si ）外，光学陶瓷在电学上都是绝缘体。
因而也是热的不良导体（有少数例外，如金刚石）。
在红外光学材料的应用中，除光学性能必须要考虑以外，力学性能、热学性能和化学性能也要同时考虑。
尤其是，在严酷环境中使用的窗口和整流罩，力学性能和热学性能则体现在抗热冲击的能力、抗沙粒腐蚀和抗雨滴腐蚀的能力上。
因此，为某一特定用途而选择红外光学材料时，要折中考虑。
本章对目前使用或研制的一些红外光学材料的力学和热学性质以及抗热冲击、抗沙蚀、抗雨蚀的实验结果作一介绍和分析。
在一些性质上力求能给出较为准确的参考值。
3.2.红外光学材料一般力学和热学性质这里对表征红外光学材料力学性质和热学性质的参数作一简单的描述。
3.2.1弹性模量E 和泊松比ν一个横截面积为S ，长度为L 的圆柱光学陶瓷体，两端加紧，施加拉伸力F ，则作用于单位面积上的应力SF =σ。
在拉伸力作用下，陶瓷体内部各质点之间会发生相对位移，因而长度将从L 变为L L ∆+， L L ∆称为陶瓷体的应变，用ε表示。
注意一点是，当拉伸力消失，则陶瓷体长度又恢复到L ，陶瓷体的形变属于弹性形变。
当拉伸力超过某一临界值，发生断裂。
金属在拉伸的初始阶段呈现弹性形变。
当拉伸力达到一定程度出现塑性形变，继续增加拉伸力则发生塑性断裂。
图3-1表示了陶瓷和金属的断裂行为。
对于弹性形变，应力和应变遵守虎克定律，即E σε= （3-1）或εσ=E （3-2） 式中：E 称为弹性模量（又称为杨氏模量）。
当受到剪切应力（τ）作用发生剪切应变（γ）时，有γτ=G （3-3） 式中：G 为剪切模量。
当受等静压力压缩时，压缩应力σ与体积应变εv 之间有vK εσ= （3-4） 式中：K 为体积弹性模量。
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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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)
Wavelengt h (micrometers)
Magnesium Fluoride (MgF2)
Wavelength ( micrometers)
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℃)。