थर्मल इन्फ्रारेड सामग्री क्या उपलब्ध हैं?

November 04, 2023

थर्मल इन्फ्रारेड मटेरियल इमेजिंग आमतौर पर 3-5 μ मीटर और सुदूर इन्फ्रारेड (LWIR) इमेजिंग में 8-10 μ मीटर पर मिड इन्फ्रारेड (MWIR) इमेजिंग को संदर्भित करता है। इन बैंडों में, दृश्य प्रकाश के बजाय गर्मी स्रोतों पर ध्यान केंद्रित किया जाता है। थर्मल इन्फ्रारेड इमेजिंग के कई अलग-अलग अनुप्रयोग हैं, जैसे कि गैर-विनाशकारी परीक्षण, इन्फ्रारेड कैमरे जो उपकरणों के स्थान को ओवरहीटिंग या गर्मी के नुकसान का निर्माण कर सकते हैं, स्थानीय शरीर की सतह के तापमान में अंतर जो चिकित्सा क्षेत्र में मापा जा सकता है, तेजी से पहचान की पहचान परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की शीतलन प्रणाली में गर्मी रिसाव अंक, और सुरक्षा सुरक्षा।

दृश्यमान प्रकाश प्रणालियों के लिए कई प्रकार के ग्लास उपलब्ध हैं, लेकिन केवल बहुत सीमित संख्या में सामग्रियों का प्रभावी रूप से MWIR और LWIR बैंड में उपयोग किया जा सकता है। चित्रा 18.107 आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले अवरक्त ट्रांसमिशन सामग्री के संप्रेषण को दर्शाता है। इन आंकड़ों में सतह पर प्रतिबिंब हानि शामिल है, इस प्रकार एक कुशल एंटीरेफ्लेक्टिव फिल्म के आवेदन के बाद अपेक्षाकृत उच्च संप्रेषण होता है। केवल एक बहुत ही सीमित प्रकार की कांच की सामग्री को प्रभावी रूप से MWIR और LWIR बैंड में उपयोग किया जा सकता है। तालिका 18.9 में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले थर्मल इन्फ्रारेड ऑप्टिकल सामग्री और उनकी मुख्य विशेषताओं का उपयोग किया जाता है। अब्बे कॉन्स्टेंट वी को (n1 λ- 1) /(n1 λ- nh λ) के रूप में परिभाषित किया गया है, समीकरण में, NC λ अपवर्तक सूचकांक केंद्र तरंग दैर्ध्य में, N1 λ लघु तरंग दैर्ध्य अपवर्तक सूचकांक है, NH λ अपवर्तक सूचकांक है। लंबी तरंग दैर्ध्य की।

कई आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले थर्मल इन्फ्रारेड सामग्री हैं:

जर्मेनियम सबसे आम अवरक्त सामग्री है और इसका उपयोग LWIR और MWIR बैंड में किया जा सकता है। LWIR बैंड में, यह "क्राउन प्लेट" या Achromatic दोहरे लेंस में सकारात्मक लेंस है; MWIR में, यह अक्रोमैटिक डबल लेंस में "फ्लिंट" या नकारात्मक लेंस है। यह दो बैंडों के बीच फैलाव विशेषताओं में अंतर के कारण है। MWIR बैंड में, जर्मेनियम अपने कम अवशोषण बैंड के बहुत करीब है, इसलिए इसका अपवर्तक सूचकांक जल्दी से बदलता है, जिससे महत्वपूर्ण फैलाव होता है। यह इसे अक्रोमैटिक डबल लेंस में एक नकारात्मक शक्ति घटक के रूप में उपयुक्त बनाता है।

(1) जर्मेनियम सामग्री:

जर्मेनियम सबसे आम अवरक्त सामग्री है और इसका उपयोग LWIR और MWIR बैंड में किया जा सकता है। LWIR बैंड में, यह "क्राउन प्लेट" या Achromatic दोहरे लेंस में सकारात्मक लेंस है; MWIR में, यह अक्रोमैटिक डबल लेंस में "फ्लिंट" या नकारात्मक लेंस है। यह दो बैंडों के बीच फैलाव विशेषताओं में अंतर के कारण है। MWIR बैंड में, जर्मेनियम अपने कम अवशोषण बैंड के बहुत करीब है, इसलिए इसका अपवर्तक सूचकांक जल्दी से बदलता है, जिससे महत्वपूर्ण फैलाव होता है। यह इसे अक्रोमैटिक डबल लेंस में एक नकारात्मक शक्ति घटक के रूप में उपयुक्त बनाता है।

जर्मेनियम सामग्री में दो महत्वपूर्ण पैरामीटर हैं: अपवर्तक सूचकांक और डीएन/डीटी। जर्मेनियम का अपवर्तक सूचकांक 4.0 से थोड़ा अधिक है, जिसका अर्थ है कि उथली सतहों को चरण के अंतर को कम करने के लिए उचित और आसान है, जो डिजाइन के लिए फायदेमंद है। पैरामीटर DN/DT अपवर्तक सूचकांक और तापमान में परिवर्तन है। जर्मेनियम का DN/DT 0.000369C है। यह एक बड़ा मूल्य है, सामान्य ग्लास के लिए DN/DT = 0.000360C। यह एक बड़ी फोकल शिफ्ट का कारण बन सकता है जो तापमान के साथ भिन्न होता है, आमतौर पर कुछ गैर -हीटिंग तकनीक (तापमान के सापेक्ष फोकल बिंदु का मुआवजा) की आवश्यकता होती है।

जर्मेनियम एक क्रिस्टलीय सामग्री है जो एकल या पॉलीक्रिस्टलाइन रूप में उत्पन्न होती है। विकास प्रक्रिया के अनुसार, एकल क्रिस्टल जर्मेनियम पॉलीक्रिस्टलाइन जर्मेनियम की तुलना में अधिक महंगा है। पॉलीक्रिस्टलाइन जर्मेनियम का अपवर्तक सूचकांक पर्याप्त रूप से समान नहीं है, मुख्य रूप से कण सीमा पर अशुद्धियों के कारण होता है, जो एफपीए इमेजिंग की छवि गुणवत्ता को प्रभावित कर सकता है। इसलिए, एकल क्रिस्टल जर्मेनियम पसंदीदा सामग्री है। उच्च तापमान पर, जर्मेनियम सामग्री शोषक हो जाती है, और संप्रेषण 200c पर शून्य पर पहुंच जाता है।

एकल क्रिस्टल जर्मेनियम का अपवर्तक सूचकांक गैर-एकरूपता गुणांक 0.00005 ~ 0.0001 है, जबकि पॉलीक्रिस्टलाइन जर्मेनियम का 0.0001 ~ 0.00015 है। ऑप्टिकल उद्देश्यों के लिए, आमतौर पर ώ। जर्मेनियम का प्रतिरोध गुणांक सीएम में निर्दिष्ट किया गया है, और पूरे रिक्त का प्रतिरोध गुणांक 5-40 ώ है। सीएम आम तौर पर स्वीकार्य है। चित्रा 18.109 दाईं ओर एक पॉलीक्रिस्टलाइन क्षेत्र के साथ एक विशिष्ट जर्मेनियम खाली दिखाता है। कृपया ध्यान दें कि एकल क्रिस्टल क्षेत्र में प्रतिरोध गुणांक सामान्य रूप से व्यवहार करता है और धीरे -धीरे रेडियल रूप से बदलता है, जबकि पॉलीक्रिस्टलाइन क्षेत्र में प्रतिरोध गुणांक तेजी से बदलता है। यदि सामग्री का निरीक्षण करने के लिए एक उपयुक्त इन्फ्रारेड कैमरा का उपयोग किया जाता है, तो मकड़ी के जाले के समान अजीब घूमने वाली छवियों को देखा जा सकता है, जो मुख्य रूप से कण सीमाओं पर केंद्रित होते हैं। यह सीमा पर प्रेरित अशुद्धियों के कारण है। सिलिकॉन और कुछ अन्य क्रिस्टलीय सामग्रियों की कमियों में से एक उनकी भंगुरता और नाजुकता है।

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(२) सिलिकॉन सामग्री
सिलिकॉन जर्मेनियम के समान एक क्रिस्टलीय सामग्री है। यह मुख्य रूप से 3-5 μ मीटर के MWIR बैंड में उपयोग किया जाता है, और 8-12 μ मीटर के LWIR बैंड में अवशोषण होता है। सिलिकॉन का अपवर्तक सूचकांक जर्मेनियम की तुलना में थोड़ा कम है, लेकिन यह अभी भी काफी बड़ा है जो विपथन नियंत्रण को सुविधाजनक बनाने के लिए है। इसके अलावा, सिलिकॉन का फैलाव अपेक्षाकृत कम है। सिलिकॉन को हीरे द्वारा चालू किया जा सकता है।
(३) जिंक सल्फाइड
जिंक सल्फाइड MWIR और LWIR बैंड में आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली सामग्री है। यह आम तौर पर दृश्यमान प्रकाश के लिए जंग खाए हुए पीले और अर्ध पारदर्शी दिखाई देता है। जिंक सल्फाइड के उत्पादन के लिए सबसे आम प्रक्रिया को रासायनिक वाष्प वर्षा कहा जाता है।
गर्म दबाव द्वारा बनाई गई जिंक सल्फाइड दृश्यमान प्रकाश के लिए पारदर्शी हो सकता है। पारदर्शी जस्ता सल्फाइड का उपयोग मल्टीस्पेक्ट्रल विंडो और लेंस को दृश्यमान प्रकाश से LWIR बैंड तक बनाने के लिए किया जा सकता है।
(४) जिंक सेलेनाइड
जिंक सेलेनाइड कई पहलुओं में जस्ता सल्फाइड के समान है। इसका अपवर्तक सूचकांक जिंक सल्फाइड से थोड़ा अधिक है, जबकि इसकी संरचना जिंक सल्फाइड के रूप में मजबूत नहीं है। इसलिए, पर्यावरण स्थायित्व के कारणों को देखते हुए, कभी -कभी जस्ता सल्फाइड की एक पतली परत एक मोटी जस्ता सेलेनाइड सब्सट्रेट पर जमा की जाती है। जिंक सल्फाइड की तुलना में, जिंक सेलेनाइड का सबसे महत्वपूर्ण लाभ इसका बहुत छोटा अवशोषण गुणांक है, इसलिए जस्ता सेलेनाइड का उपयोग आमतौर पर उच्च-ऊर्जा CO2 ऊर्जा प्रणालियों में किया जाता है।

(५) मैग्नीशियम फ्लोराइड
मैग्नीशियम फ्लोराइड भी एक क्रिस्टलीय सामग्री है। इसकी क्रिस्टल सामग्री पराबैंगनी से MWIR तक वर्णक्रमीय सीमा को प्रसारित कर सकती है। मैग्नीशियम फ्लोराइड का उत्पादन क्रिस्टल विकास या "गर्म दबाव" विधियों द्वारा किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप दूधिया ग्लासी सामग्री का गठन होता है। यह MWIR बैंड में अच्छा ट्रांसमिशन है, लेकिन अवांछित बिखरने हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप इसके विपरीत और अक्ष आवारा प्रकाश में कमी होती है। कणों का बिखरना तरंग दैर्ध्य की चौथी शक्ति के विपरीत आनुपातिक है, इसलिए दृश्यमान प्रकाश के तहत दूधिया उपस्थिति 1/16 से 5um पर सिकुड़ जाएगी।
C501545f8816da6744a0fe5efc53bb5 Jpg (६) नीलम

नीलम एक अत्यंत कठिन सामग्री है। यह गहरे यूवी से MWIR बैंड तक प्रकाश प्रसारित कर सकता है। नीलम की एक अनूठी विशेषता उच्च तापमान पर इसकी कम थर्मल उत्सर्जन है। इसका मतलब यह है कि सामग्री उच्च तापमान पर अन्य सामग्रियों की तुलना में कम थर्मल विकिरण का उत्सर्जन करती है। नीलम का उपयोग गुहा खिड़कियों को बनाने के लिए किया जा सकता है जो उच्च तापमान का सामना करते हैं, जो खिड़कियों के माध्यम से अवरक्त बैंड के लिए उपयुक्त हैं। नीलम का मुख्य दोष यह है कि इसकी कठोरता ऑप्टिकल प्रसंस्करण को कठिन बना देती है। एक अन्य समान सामग्री को स्पिनल कहा जाता है। स्पिनल गर्म दबाए गए नीलम के समान है और इसे नीलम के विकल्प के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। स्पिनल स्टोन्स में भी उच्च फैलाव होता है। नीलम में birefringence विशेषताएँ हैं, और इसका अपवर्तक सूचकांक घटना ध्रुवीकरण सतह का एक कार्य है।

(() आर्सेनिक ट्रिसल्फाइड

आर्सेनिक ट्रिसल्फाइड एक ऐसी सामग्री है जिसका उपयोग MWIR और LWIR बैंड में किया जा सकता है। इसकी गहरी लाल उपस्थिति है और यह बहुत महंगा है।

(8) अन्य उपलब्ध सामग्री

कैल्शियम फ्लोराइड, बेरियम फ्लोराइड, सोडियम फ्लोराइड, लिथियम फ्लोराइड और पोटेशियम ब्रोमाइड सहित कई अन्य उपलब्ध सामग्री हैं। इन सामग्रियों का उपयोग गहरे पराबैंगनी से लेकर मध्यम तरंग अवरक्त तक के बैंड में किया जा सकता है। उनकी रंग विशेषताएं उन्हें व्यापक वर्णक्रमीय अनुप्रयोगों के लिए अत्यधिक आकर्षक बनाती हैं, विशेष रूप से निकट-अवरक्त से लेकर मध्य अवरक्त और यहां तक कि दूर अवरक्त तक। इनमें से कई सामग्रियों में कुछ अवांछनीय गुण होते हैं, विशेष रूप से हाइग्रोस्कोपिकिटी। नमी से नुकसान से बचने के लिए उचित कोटिंग की आवश्यकता होती है, और उनकी संरचना को अक्सर शुष्क नाइट्रोजन गैस के साथ शुद्धिकरण की आवश्यकता होती है।