红外光学材料

红外光学材料
' M+ ~4 s6 t6 S, {! v7 \/ |1,进口CVD硒化锌(ZnSe)红外光学材料
% @/ P! U0 }5 A$ SCVD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)
( ?: Y1 M* W+ f光学性质：
. b( p8 U; T6 g! L) I透过波长范围    0.5μm---22μm
折射率不均匀性（Δn/n）    <3×10-6@632.8nm
吸收系数（1/cm）    5.0×10-3@1300nm
- ~7 `. r$ A4 E    7.0×10-4@2700nm
4 g. L3 y1 Q. x2 e& l    4.0×10-4@3800nm
9 J! m8 |1 w2 L- ^, H    4.0×10-4@5250nm
3 a5 q3 w' B3 K4 y% y    5.0×10-4@10600nm
热光系数dn/dT(1/k,298—358k)    1.07×10-4@632.8nm
    7.0×10-5@1150nm
! @3 W$ {5 n  U, {: q    6.2×10-5@3390nm
    6.1×10-5@10600nm
; n1 \7 e* J' v# Q3 ^- h* E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)
% d+ D# H, L* k# g( }3 l620    2.5994    10600    2.4028
1000    2.4892    13000    2.3850
3800    2.4339    14600    2.3705
5000    2.4295    16600    2.3487
7 I: K. V$ r7 T1 \! j; f1 {+ F7000    2.4218    17800    2.3333
9000    2.4122    18200    2.3278
( S8 ?. Z' }0 M: S& E5 u- r% P& u理化性质：
- h1 p& W  e: ^& n+ E: ^晶体结构    立方体
0 U( s7 B9 p/ k3 p/ w$ r密度     (g cm-3@298k)    5.27
4 }$ B2 r; l. e" N电阻率   (Ω cm)    ~1012
& R0 V! \) o" v' v! k9 Q8 M/ C8 M3 ^熔点     (℃)    1525
6 L8 E+ Y2 R' n' R8 P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
; r! U  c7 }5 b7 oknoop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）
' g! F% g- R$ M: Z1 W入射方式    损伤阈值（J/cm2）
2 @. X$ Q/ h/ Z6 F/ H8 M! R# g1 b正入射    >20
5 k! y5 t$ Q5 [& c5 x5 a/ D, Q7 r0 ]布鲁斯特角    >15
1 B/ @* z* f: m2 ~0 E9 G4 X9 i
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。
" |2 t6 L4 v" z6 |0 Z透过率曲线：
  ^$ d3 I9 P' mCVD ZINC SULFIDE Transmission(CVD硫化锌)
* g# i  f. ~9 ^6 t
$ L2 P* [5 L9 ]! ?Wavelength in Micrometer (t =6mm)

% m2 m% h5 X8 jCLEARTRAN Transmission（多光谱CVD硫化锌）
9 l8 q+ k; [( ^1 F# t
Wavelength in Micrometers (t=9.4mm)

理化性质：
: I: `: X9 m0 c    CVD硫化锌    多光谱CVD硫化锌
4 W3 [/ I; r0 g" r! d密度  (g . cm-3  @ 298k)    4.09    4.09
) ?" s3 \; f" H电阻率 (Ω. Cm)    ~ 1012    ~ 101.3
熔点  (℃)    1827   
  C, p" @3 ^; B# |$ [化学纯度  (%)    99.9996    99.9996
热膨胀系数(1/k)    6.6* 10-6@273k    6.3* 10-6@273k
' H* j% F% T" i" |. E+ t6 R& B    7.3* 10-6@373k    7.0* 10-6@373k
热导率  (J/k.m.s)    16.7@298k
27.2@298k

2 _4 l) L0 |+ V8 F+ t热容量  (J/g.k)    0.469@298k
0.515@298k

knoop硬度 (kg/mm2)    200-235    160
抗弯曲强度 (Mpa)    103   
" V5 y0 F3 u7 a2 Q! }杨氏模量  (Gpa)    74.5    74.5
泊松比    0.29    0.28
光学性质：
    CVD硫化锌    多光谱CVD硫化锌
+ o! p; O0 a) \" G1 A透过范围波长    1000nm---14000nm    370nm—14000nm
" h2 L# c. b7 K, ^" c1 `3 w2 N折射率不均匀性 （Δn/n）    <7.3* 10-4@10600nm    <0.2* 10-4@632.8nm
4 s+ I) }" O) i7 Q- g& N吸收系数    (1/cm)    0.2  @ 10600nm    0.2 @10600nm
热光系数dn/dt(1/k,298-358k)    4.6* 10-5@1150nm    5.43* 10-5@632.8nm
    4.3* 10-5@3390nm    4.21* 10-5@1150nm
    4.1* 10-5@10600nm    3.87* 10-5@3390nm
* R) y( k0 m0 }2 \3 a1 A, h4 v& h        
折射率随波长的变化
（CVD硫化锌（ZNS）（20摄氏度）
波长(nm)    折射率(n)    波长(nm)    折射率(n)
620    2.355    9800    2.203
2 _, P  X/ p9 i( @/ i. G) f6 w1000    2.292    10600    2.192
3800    2.253    11400    2.180
: m# g" W" O9 \# Q& T5000    2.246    12200    2.167
7000    2.232    13800    2.132
  ?& J( u# ]( Q, P$ h9000    2.212    14200    2.126
0 T- E3 \( h. A& k7 o            
多光谱CVD硫化锌(CLEARTRAN  ZnS)(20摄氏度)
" `0 y6 X) Y$ [2 _+ T1 N2 w" r) v波长(nm)    折射率(n)    波长(nm)    折射率(n)
& o! s8 \* A/ }1 X400    2.545    8000    2.223
$ C8 d/ S1 D) M* ^. w1010    2.292    9000    2.213
! V" O2 D. t! w# m. z2060    2.264    10000    2.201
9 `) W, f( t1 Q$ _" k; d7 a3500    2.255    11250    2.183
$ m4 W/ }) D) |% i! V# u- ^4500    2.250    12000    2.171
8 @: R1 N/ ^. n% C2 s5000    2.247    13000    2.153
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。
  B- E) q3 i6 X8 g7 c0 C) {( x透过率曲线：
Calcium Fluoride (CaF2)

Wavelength (micrometers)
! o% C6 \3 R0 i7 m8 z4 o9 z2 X: rMagnesium Fluoride (MgF2)

Wavelength ( micrometers)
9 a5 ]. u- ?  o2 I# m; r( t物理性质：
( [# _! o, Z, x& }7 _+ [9 G- m    氟化钙(CaF2)    氟化镁(Mgf2)
密度  (g . cm-3 )    3.18    3.177
介电常数    6.76 @1HMZ    4.87(平行C轴),5.44(垂直C轴)
熔点  (℃)    1360    1255
# B7 n+ Z  U' t5 W化学纯度  (%)    99.9996    99.9996
0 @! Q1 ~( G7 R! i热膨胀系数(1/℃)    18.85* 10-6    13.7* 10-6(平行) 驶8.48* 10-6(垂直)
! B' y3 B7 l- ~9 ^    7.3* 10-6@373k    7.0* 10-6@373k
热导率  (J/k.m.s)    9.71    0.3 @ 27℃
热容量  (J/g.k)    0.854    1.003 @ 298k
knoop硬度 (kg/mm2)    158.3    415
7 z+ F3 }" _4 R, I7 H杨氏模量 (GPa)    75.8    138.5
) S4 X3 O: ~4 i6 y, Y剪切模量  (GPa)    33.77    15.66
泊松比    0.26    0.276
( I4 b! |' H6 z: e  }  c. v体弹模量(Gpa)    82.71    101.32
光学性质：
% V  F- H: e* ~. Q+ Y    氟化钙(CaF2(    氟化镁(MgF2)
+ I6 d$ e0 h; m4 L, `透过波长范围    130nm---10000nm    110nm—7500nm
反射损耗（2面）    5.4% @ 5000nm    11.2% @ 120nm
5.1% @ 1000nm
热光系数.dn/dT(1/℃)    -10.6*10-6    2.3*10-6 @ 400mnm
  折射率性质：
  D, v8 Z) a: e) {(CaF2)
; ~2 Q. E; M* V波长(nm)    折射率(n)    波长(nm)    折射率(n)
! p( V# b: I: L) y- D, }* x9 b190    1.51    2650    1.42
& m3 x4 b; k# V8 z0 P% S6 [( g210    1.49    3900    1.41
250    1.47    5000    1.40
330    1.45    6200    1.38
410    1.44    7000    1.36
4 Q- \3 {( @% m" [) b3 m880    1.43    8220    1.34
! B* T! ]1 }  q" Y/ j(MgF2)
波长(nm)    折射率(n1)    折射率(n2)   
200    1.42    1.43   
230    1.41    1.42   
270    1.40    1.41   
340    1.39    1.40   
560    1.38    1.39   
            

& l& V& I! z1 T- n/ P3 r  c4,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:
# V- o" s7 t& m( ^+ c. u
# e  d' ?; l+ q% A5 r5 a: {8 P
+ x" Y0 m2 C0 s" M透过波长范围    150nm—12500nm
+ N' l) W3 n  L  ?+ i/ }0 @吸收系数  (1/cm)    3.2*10-6 @6238nm
热光系数 ,dn/dT (1/k)    -15.2*10-6 @400nm
9 J6 _' Z# m' S6 ~* ~1 Y/ v    -12.7*10-60 @3390.nm(-60℃)
( M2 Z# b4 z8 @* v    -15.2*10-60 @3390.nm(+60℃)

10-6
透过率曲线:
Barium Fluoride (BaF2)
5 ^) m: x1 n! W# I
Wavelength (μm)
- ]7 M/ u2 c0 y1 U( k理化性质：
密度     (g cm-3)    4.89
& B- j; B/ ]! E熔点     (℃)    1280
介电常数    7.33 @ 2MHZ
# ]/ v* K; q& A热膨胀系数 (1/℃)    1.81*10-6@-100----+200
9 c' t! m# i' |7 W7 P/ l' }体弹模 (Gpa)    56.4
0 o  r* G: d; R剪切模 (Gpa)    25.4
. u  |/ e$ H) P/ z+ @热导率   (J/k .m. s)    11.72 @ 286k
) h0 x& K' v$ L4 F- f9 z; F热容量   (J/g .k)    0.410 @300k
# x$ o" {5 ^) E8 p3 Gknoop硬度 (kg/mm2)    82
视在弹性极限  (Mpa)    26.89
杨氏模量    (Gpa)    53.07
6 s# T1 r+ p+ ?6 h' b# a8 O$ E泊松比    0.343
带隙(ev)    26.89
# _$ i. I2 _$ O7 P1 ]水溶性(g/l)    1.7
4 Y6 r4 m# \4 d' C- r折射率随波长的变化:)(20℃)
& m7 B) l4 S1 i* g波长(nm)    折射率(n)    波长    折射率
' I0 Y/ B; p% y: V% C, _260    1.51    5140    1.45
300    1.50    6500    1.44
360    1.49    8000    1.43
  k4 K  W9 u" K9 `480    1.48    8600    1.42
( R8 ~4 n( v- |* a: x+ G4 m! g850    1.47    9200    1.41
3240    1.46    9800    1.40
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：
6 l$ z8 O$ ?: V! j" k) R/ A+ V  S; Q
; M0 R# X7 n6 o* m4 I: B5 ~+ L1 IWavelength (micrometers)
6 U+ x' @" A& o# a: w理化性质:
密度     (g cm-3)    2.639
熔点     (℃)    870
介电常数    9.1 @ 25℃
6 U% ^; a; _- O9 m. ?$ }( |热膨胀系数 (1/℃)    37*10-6
体弹模量 (Gpa)    62.03
剪切模量 (Gpa)    55.14
0 c( u; d+ u3 V4 }4 V: i/ Q热导率   (J/k .m. s)    40.1 @ 41℃
8 `: Z; n, z  ]7 D* `; ?; N热容量   (J/g .k)    1.562 @10℃
knoop硬度 (kg/mm2)    102-113
2 z% v9 _1 r( e$ d6 Q视在弹性极限  (Mpa)    11.2
% w' I" ~+ _3 c9 ~! P5 W3 ^杨氏模量    (Gpa)    64.79
0 _- }( w# N6 K' \5 ~泊松比    0.32
弹性系数    C11=97.4  C11=40.4    C11=55.4
水溶解性(g/l)    2.7
! K4 X2 G, q: Y/ I+ R- ]光学性质:
' M9 b) H' ?8 r6 g+ r. {, G7 `$ f; L; u透过波长范围    120nm—7000nm
2 H( v0 A6 @1 _" k" w$ S* r. C折射率    1.3943 @ 500nm
- M. S' g/ i: S/ E( {+ W4 R+ m3 G热光系数 ,dn/dT (1/k)    -12.7*10-6 @600nm
反射损耗(%)    5.3 @500.nm
折射率随波长的变化:)(20℃)
2 y# _/ z7 s( \7 r; O波长(nm)    折射率(n)    波长    折射率
200    1.51    600    1.45
220    1.50    1750    1.44
240    1.49    2750    1.43
290    1.48    3400    1.42
390    1.47        
% v" ^) ?# ~" O
/ p  \0 M+ Z& R* i6 f6 G3 G6砷化镓(GaAs)晶体
& y% R! R1 e3 t2 ^6 ~; p& S   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:
1 V3 o, P# q+ x, D8 o2 B% N$ HGallium Arseide (GaAs)

Wavelength(µm)
! k2 i! d! Q7 @  C9 w5 [理化性质:
1 o, S. o) T% z) y4 ~密度     (g cm-3)    5.32 @300K
熔点     (℃)    1238
" ^7 d! {0 y% n: R6 K1 s介电常数 静态/高帧    12.85/10.88 @ 300K
热膨胀系数 (1/℃)    5.7*10-6 @300K
, i) L! B2 s& _* P5 o/ O体弹模量 (Gpa)    101.32
+ ~, W+ C9 F7 M4 x. o剪切模量 (Gpa)    55.66 @298K
2 }7 B9 R3 K8 F8 a* M% w3 }热导率   (J/k .m. s)    55 @ 300K
热容量   (J/g .k)    0.32
3 F3 S& J+ {6 w: c1 F- H; fknoop硬度 (kg/mm2)    731
视在弹性极限  (Mpa)    49.46
杨氏模量    (Gpa)    138.5 @298K
泊松比    0.31 @293K
& q9 e; X3 f: t# G* `Debye温度(k)    360
带隙(ev)    1.4
光学性质:
7 c6 i; k. t0 z2 N+ I- ~" f1 W透过波长范围    1000nm—14000nm
吸收系数    0.01 @ 2500nm—11000nm
) F, T. T* A6 N) w- k热光系数 ,dn/dT (1/k)    160-120*10-6 @3000nm—12000nm
折射率随波长的变化:)(20℃)
波长(nm)    折射率(n)    波长    折射率
4 p* m8 ~8 A) F( [( V9 r4000    3.31    14500    2.82
8000    3.34    15000    2.73
# W8 m) @! r# J7 N9 f10000    3.13    17000    2.59
11000    3.04    19000    2.41
; R8 w% ]9 p; x- B! f13000    2.97    21900    2.12
: j* k+ A( O8 H* d1 }13700    2.89        
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.
; Z6 L+ W5 P% a4 y* q7 h& `透过曲线:
5 ?$ F2 l" P# i8 T6 j; EGermanium(Ge)

$ b/ E+ X4 f% K" G4 y7 a: M6 CWavelength(µm)
" p9 p7 W4 n, ~" }( a4 v$ x理化性质:
7 ^8 x3 S7 j- x3 O8 S密度     (g cm-3)    5.33
) r' t4 b; g5 U, V& o5 ^熔点     (℃)    936
, r& e% }; |, ^# g8 ^. D介电常数 静态/高帧    16.6 @ 9.37GHZ(300K)
" `  i& Y$ H8 j  a0 X5 E, m热膨胀系数 (1/℃)    6.1*10-6 @298K
( l' o& j! j0 P, X: Z/ i  R9 f% }+ a体弹模量 (Gpa)    77.2
剪切模量 (Gpa)    67
6 S! m* }4 ~" V* d热导率   (J/k .m. s)    58.61 @ 293K
热容量   (J/g .k)    0.31
knoop硬度 (kg/mm2)    780
杨氏模量    (Gpa)    102.7
/ x* E# f9 {( e* ?$ |9 y# c9 v泊松比    0.28
! R* W- A' f) x6 y2 R弹性系数    C11=129  C11=48.3    C11=67.1
光学性质:
- B/ y5 @: A# t5 H9 h. j6 i0 [' r透过波长范围    2000nm—12000nm
吸收系数  (1/cm)    1.    1.3*10-3 @ 3800nm
8 N# b/ q2 E8 e1 Y1 H  c7 w2.    3*10-2 @ 10600nm
热光系数 ,dn/dT (1/k)    4.08*10-4 @10600nm
折射率随波长的变化:)(20℃)
波长(nm)    折射率(n)    波长    折射率
2200    4.0879    8000    4.0057
3000    4.0451    9000    4.0040
, T& h9 C: t, j& M5 R4 Z( J3800    4.0267    10600    4.0028
9 e' R- S1 c3 |, O+ x( O5000    4.0160    11000    4.0025
: j3 l) X( e% s6000    4.0107    12000    4.0021
7000    4.0079    13000    4.0018
8 i$ |) V- f: X6 d& c: j8,进口硅(Si)单晶
% Q9 f( [) \3 p+ m0 p- k   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.
' o7 S0 s* N4 }# B透过曲线:

理化性质:
0 b& e. K8 @. v3 x8 }* r- |+ b密度     (g cm-3)    2.33
熔点     (℃)    1420
2 b% u9 m- ~# s介电常数    13 @ 10GHZ
. S& q& B( U7 X- {4 r热膨胀系数 (1/℃)    4.15*10-6
体弹模量 (Gpa)    102
/ Q. _! G6 j0 V1 h( W' n0 J* q  Z剪切模量 (Gpa)    79.9
热导率   (J/k .m. s)    163.3 @ 273K
8 d5 A, [+ h6 F' e  @热容量   (J/g .k)    0.733
3 E& w, u6 r& F8 C. oknoop硬度 (kg/mm2)    1150
# i# c8 ]6 |# X. s杨氏模量    (Gpa)    131
泊松比    0.266
弹性系数    C11=167  C11=65    C11=80
光学性质:
9 v  n0 D5 t& E# N  n透过波长范围    1000nm—10000nm   30000nm—300000nm
热光系数 ,dn/dT (1/k)    1.6*10-4
吸收系数 (1/cm)    1.6*10-3 @3000.nm
折射率随波长的变化:)(20℃)
( z4 r! \4 G0 n1 C3 w2 r! ^4 Z波长(nm)    折射率(n)    波长    折射率
% i) B! R  \4 ^+ H- i2 }1357    3.4975    4000    3.4257
1367.3    3.4926    4258    3.4245
1395.1    3.4929    4500    3.4236
1529.5    3.4795    5000    3.4223
1660.6    3.4696    5500    3.4213
1709.2    3.4664    6000    3.4202
9 v2 B. A, N: }  R5 {& Y8 H3 C1 N, N9 t1813.2    3.4608    6500    3.4195
1 F4 I7 _' [8 `/ V" S; S4 p5 \1970.2    3.4537    7000    3.4189
  v0 `( S5 q* `) i* f' _2152.6    3.4476    7500    3.4186
6 u9 L& m4 @3 K/ q, w+ y2325.4    3.443    8000    3.4184
2714.4    3.4358    8500    3.4182
3000    3.432    10000    3.4179
3303.3    3.4297    10500    3.4178
% N3 H: y3 ~5 {3500    3.4284    11040    3.4176