کاربردهای شیشه مادون قرمز در سیستم های تصویربرداری حرارتی

شیشه سیلیکات استاندارد تابش مادون قرمز را جذب می کند و آن را به حسگرهای حرارتی کاملاً مات می کند. این محدودیت فیزیکی مهندسان را وادار می کند تا تخصصی را مشخص کنند شیشه مادون قرمز و زیرلایه های کریستالی برای جذب دقیق علائم گرما. ریسک مشخصات نوری زیاد است. انتخاب زیرلایه اشتباه منجر به تضعیف شدید سیگنال، عدم تمرکز حرارتی، تخریب محیطی و هزینه های واحد ناپایدار در مقیاس می شود. ارزیابی مواد بر اساس نوارهای انتقال، دوام مکانیکی و مقیاس پذیری ساخت ضروری است. مهندسان باید پیچیدگی های طیف های مادون قرمز موج کوتاه (SWIR)، امواج مادون قرمز موج میانی (MWIR) و مادون قرمز موج بلند (LWIR) را بررسی کنند. تطبیق منحنی انتقال دقیق شیشه با آشکارساز عملکرد بهینه سیستم را تضمین می کند و بازگشت سرمایه را به حداکثر می رساند. برای طراحی یک مجموعه نوری کاربردی که در شرایط صحرایی زنده بماند، باید پنجره‌های جوی خاص و الزامات حسگر را درک کنید.

• تطبیق ماده به باند غیرقابل مذاکره است: کارایی سیستم به جفت کردن محدوده طیفی آشکارساز (به عنوان مثال، MWIR در مقابل LWIR) با منحنی دقیق انتقال شیشه مادون قرمز انتخاب شده متکی است.
• نوع آشکارساز بر طراحی نوری تأثیر می گذارد: آشکارسازهای فوتون خنک شده و آشکارسازهای حرارتی خنک نشده (میکروبولومترها) الزامات انتقال، گسیل و دیافراگم عددی متمایز را بر اپتیک IR تحمیل می کنند.
• Athermalization یک محدودیت طراحی اولیه است: اپتیک های IR با کارایی بالا باید ضرایب حرارتی بالای موادی مانند ژرمانیوم را برای جلوگیری از فرار حرارتی و تخریب تمرکز در محیط های نوسانی در نظر بگیرند.
• مقیاس پذیری انتخاب مواد را تعیین می کند: در حالی که مواد کریستالی اوج عملکرد را برای کاربردهای کم حجم یا نظامی ارائه می دهند، شیشه های کالکوژنید قابل قالب گیری به طور فزاینده ای برای مقیاس بندی سیستم های تصویربرداری حرارتی تجاری مورد نیاز هستند.

نقش شیشه مادون قرمز در تصویربرداری حرارتی و سیستم های لیزری

غلبه بر محدودیت های اپتیک استاندارد

شیشه های بوروسیلیکات و تاج طول موج های بیش از 2.5 میکرومتر را مسدود می کنند. پیوندهای مولکولی موجود در این مواد استاندارد انرژی گرمایی را جذب می‌کنند و به جای انتقال آن به حسگر، آن را به گرما تبدیل می‌کنند. تخصصی اپتیک IR برای انتقال طول موج از 1 میکرومتر تا 14 میکرومتر بدون پراکندگی سیگنال ضروری است. پنجره های انتقال اتمسفر پارامترهای طراحی را به شدت دیکته می کنند. بخار آب و نوارهای جذب CO2 انتخاب طول موج را محدود می‌کنند و طراحان را مجبور می‌کنند تا پنجره‌های جوی خاصی را که در آن انرژی حرارتی آزادانه عبور می‌کند، هدف قرار دهند. مهندسان باید پنجره های جوی 3-5μm (MWIR) و 8-12μm (LWIR) را طراحی کنند. خارج از این باندها، جذب اتمسفر به شدت یکپارچگی سیگنال را کاهش می دهد. انتخاب موادی که اوج انتقال را دقیقاً در این پنجره ها ارائه می دهند برای تشخیص دوربرد و اندازه گیری دقیق دما غیرقابل مذاکره است. هنگامی که یک محموله نوری برای یک پهپاد یا یک وسیله نقلیه زمینی طراحی می کنید، باید رطوبت و شرایط جوی خاص محیط استقرار را در نظر بگیرید.

برای درک بیشتر محدودیت ها، ساختار مولکولی شیشه استاندارد را در نظر بگیرید. پیوندهای سیلیکون-اکسیژن در فرکانس هایی ارتعاش می کنند که با فوتون های مادون قرمز ورودی مطابقت دارد. این رزونانس باعث می شود که شیشه انرژی را جذب کند. در مقابل، موادی که برای انتقال مادون قرمز استفاده می‌شوند، اتم‌های سنگین‌تر و پیوندهای ضعیف‌تری دارند که باندهای جذب خود را بیشتر به مادون قرمز دور منتقل می‌کنند و پنجره‌های MWIR و LWIR را شفاف می‌کنند. این تفاوت اساسی در علم مواد، هر تصمیمی را در مهندسی نوری برای سیستم های حرارتی دیکته می کند.

برنامه های اصلی در سراسر صنایع

ترموگرافی صنعتی به شدت بر پایش فرآیند و آزمایش های غیر مخرب متکی است. نظارت بر درجه حرارت بالا خطوط تولید شیشه نیاز به فیلتر باند باریک از طریق تخصصی دارد شیشه مادون قرمز برای جداسازی علائم حرارتی خاص. تشخیص پزشکی از ترموگرافی کمی برای نقشه برداری فیزیولوژیکی و پایش دمای هسته بدون تماس استفاده می کند که نیاز به پایداری نوری استثنایی دارد. بخش‌های دفاعی و هوافضا از این مواد برای دستیابی به هدف، دید در شب و نظارت بر محیط‌های خشن استفاده می‌کنند. یک قدرت بالا سیستم لیزری به پرتوی قوی، لنزهای فوکوس و پنجره‌های محافظی نیاز دارد که قادر به تحمل انرژی شدید بدون شکست حرارتی فاجعه‌بار هستند.

در زمینه تعمیر و نگهداری پیش بینی، تکنسین ها از دوربین های حرارتی برای بازرسی پست های برق استفاده می کنند. ترانسفورماتور معیوب مدتها قبل از اینکه به طور مکانیکی از کار بیفتد، نشانه گرمایی مشخصی را نشان می دهد. اپتیک در این دوربین ها باید طول موج های دقیق ساطع شده از اجزای گرمایش بیش از حد را منتقل کند. به طور مشابه، در تشخیص نشت گاز، فیلترهای باند باریک خاصی بر روی لنزها اعمال می شود تا انتشار فرار متان یا هگزا فلوراید گوگرد را تجسم کند. این کاربردها نیازمند کنترل دقیق منحنی انتقال نوری هستند.

شیشه مادون قرمز اولیه و مواد نوری مادون قرمز

شیشه کالکوژنید

شیشه کالکوژنید از آلیاژهای آمورف حاوی گوگرد، سلنیوم یا تلوریم تشکیل شده است. مزیت اصلی آن توانایی قالب گیری شیشه ای دقیق (PGM) است. این امر هزینه های تولید با حجم بالا را در مقایسه با کریستال های الماس تبدیل شده به شدت کاهش می دهد. این ماده قابلیت انتقال عالی را برای هر دو باند MWIR و LWIR ارائه می دهد. همچنین وابستگی حرارتی کمتری نسبت به مواد کریستالی سنتی نشان می دهد. این ضریب ترمواپتیک پایین‌تر، تلاش‌های گرمایشی را ساده می‌کند و به مهندسان اجازه می‌دهد مجموعه‌های لنز سبک‌تر و پایدارتری برای محیط‌های دمایی در نوسان طراحی کنند.

هنگام ساخت لنزهای کالکوژنید، فرآیند قالب گیری نیاز به کنترل دقیق دما دارد. پیش‌فرم شیشه درست بالاتر از دمای انتقال شیشه‌ای حرارت داده می‌شود و بین قالب‌های کاربید تنگستن بسیار صیقلی فشرده می‌شود. این فرآیند امکان ایجاد سطوح پیچیده غیرکروی و پراش را در یک مرحله فراهم می کند و نیاز به پرداخت ثانویه را از بین می برد. این قابلیت چیزی است که کالکوژنید را به ماده ترجیحی برای سیستم های دید در شب خودرو و دوربین های امنیتی تجاری تبدیل می کند.

ژرمانیوم (جنرال الکتریک)

ژرمانیوم استاندارد صنعتی سنتی برای LWIR است تصویربرداری حرارتی . ضریب شکست فوق العاده بالای آن امکان طراحی لنزهای بسیار کارآمد و با انحنای کم را فراهم می کند. این به طور قابل توجهی انحراف کروی را کاهش می دهد و سیستم های نوری فشرده را فعال می کند. محدودیت بحرانی ژرمانیوم فرار حرارتی است. این ماده در دماهای بالاتر از 100 درجه سانتیگراد مات می شود و آن را برای محیط های گرمای شدید یا نظارت صنعتی با دمای بالا خنک نشده کاملاً نامناسب می کند.

با وجود محدودیت های حرارتی، ژرمانیوم در عملکرد نوری خود در دمای اتاق بی بدیل است. ضریب شکست بالا (تقریباً 4.0) به این معنی است که یک عدسی ژرمانیومی اغلب می تواند کار دو یا سه عدسی ساخته شده از مواد با شاخص کمتر را انجام دهد. این باعث کاهش وزن کلی و پیچیدگی مجموعه نوری می شود. با این حال، این شاخص بالا همچنین به این معنی است که ژرمانیوم بدون پوشش بیش از 50 درصد نور ورودی را منعکس می کند و پوشش های ضد انعکاس با کارایی بالا را به یک نیاز مطلق تبدیل می کند.

سلنید روی (ZnSe) و سولفید روی (ZnS)

سلنید روی بهترین انتخاب برای اپتیک سیستم لیزر CO2 است. دارای جذب بسیار کم در 10.6 میکرومتر و گستره انتقال وسیع از طیف مرئی از طریق باند LWIR است. این آن را برای اجزای تحویل پرتو پرتوان ایده آل می کند. سولفید روی چند طیفی، که اغلب به عنوان Cleartran شناخته می شود، کاربردهایی را ارائه می دهد که به انتقال مرئی و مادون قرمز نیاز دارند. این قابلیت دو باند، آن را برای هدف قرار دادن محموله های چند سنسوری و پنجره های پیچیده هوافضا ایده آل می کند.

کار با ZnSe نیازمند پروتکل های ایمنی سختگیرانه است. این ماده نسبتاً نرم است و به راحتی خراشیده می شود، به این معنی که تکنسین ها باید در هنگام مونتاژ و تمیز کردن با دقت زیادی از آن استفاده کنند. علاوه بر این، اگر یک لنز ZnSe تحت قدرت لیزر بالا به طور فاجعه‌باری از کار بیفتد، می‌تواند بخارات سمی را آزاد کند. سیستم های اگزوز و مهار مناسب در محیط های برش لیزر صنعتی که از اپتیک ZnSe استفاده می کنند اجباری است.

یاقوت کبود و فلوراید (کلسیم/باریم فلوراید)

Sapphire دوام فوق العاده، مقاومت در برابر فشار بالا و مقاومت در برابر خراش را در کاربردهای SWIR و MWIR ارائه می دهد. اغلب در محیط های خشن که در آن یکپارچگی مکانیکی به اندازه انتقال نوری حیاتی است، استفاده می شود. فلورایدهایی مانند کلسیم فلوراید و باریم فلوراید انتقال گسترده ای از طیف فرابنفش را از طریق باند MWIR ارائه می دهند. با این حال، آنها شکنندگی مکانیکی قابل توجهی دارند و حساسیت بالایی به شوک حرارتی دارند و نیاز به نصب دقیق و حفاظت از محیط زیست دارند.

مواد (تقریبا)	باند انتقال اولیه	ضریب شکست	مزیت کلیدی	محدودیت اولیه
شیشه کالکوژنید	MWIR، LWIR	2.4 - 2.8	قابلیت قالب گیری شیشه ای دقیق (PGM)	راندمان انتقال پایین تر از Ge
ژرمانیوم (جنرال الکتریک)	LWIR	4.0	ضریب شکست بالا، انحراف کم	فرار حرارتی بالای 100 درجه سانتیگراد
سلنید روی (ZnSe)	پهنای باند (Vis to LWIR)	2.4	جذب کم در 10.6 میکرومتر	مواد نرم، به راحتی خراشیده می شود
یاقوت کبود	SWIR، MWIR	1.7	دوام مکانیکی فوق العاده	انتقال محدود بیش از 5μm
کلسیم فلوراید	UV به MWIR	1.4	انتقال باند پهن	حساسیت بالا به شوک حرارتی

ارزیابی شیشه مادون قرمز برای سیستم شما: معیارهای تصمیم گیری کلیدی

تراز معماری آشکارساز: آشکارسازهای فوتون خنک شده در مقابل آشکارسازهای حرارتی خنک نشده

آشکارسازهای فوتون خنک‌شده عملکردی با سرعت بالا و حساسیت بالا ارائه می‌کنند. برای جلوگیری از اشباع حسگر با تشعشعات حرارتی انگلی، آنها به اپتیک مادون قرمز با خلوص بالا با حداقل انتشار خود نیاز دارند. مواد نوری باید شفافیت و یکنواختی استثنایی را حفظ کنند. آشکارسازهای حرارتی خنک‌نشده، مانند میکروبولومترها، سیستم‌های واکنش کندتر و مقرون به صرفه‌تری را ارائه می‌دهند. آنها برای به حداکثر رساندن کارایی جمع‌آوری فوتون، شیشه مادون قرمز با دیافراگم عددی بالا را می‌خواهند. طراحی لنز باید تا حد امکان انرژی گرمایی را جمع آوری کند تا حساسیت کمتر حسگر خنک نشده را جبران کند.

هنگام ادغام یک آشکارساز خنک شده، مجموعه نوری اغلب شامل یک محافظ سرد است. اپتیک باید طوری طراحی شود که آشکارساز فقط صحنه را از طریق لنزها 'دید' کند و نه محفظه داخلی گرم دوربین. این امر مستلزم کنترل دقیق مردمک خروجی از سیستم لنز است. برای سیستم‌های خنک‌نشده، تمرکز کاملاً روی به حداکثر رساندن عدد f است. یک لنز f/1.0 به طور قابل توجهی نور بیشتری نسبت به لنز f/1.4 جمع‌آوری می‌کند و به طور مستقیم اختلاف دمای معادل نویز (NETD) میکروبولومتر را بهبود می‌بخشد.

الزامات ترموگرافی کیفی در مقابل کمی

ترموگرافی کیفی کنتراست بالا را برای کاربردهایی مانند جستجو و نجات یا نظارت اولیه در اولویت قرار می دهد. اپتیک‌های کالکوژنیدی مقرون‌به‌صرفه و قابل قالب‌گیری در این سناریوها که اندازه‌گیری دمای مطلق به دلیل وضوح تصویر ثانویه است، عملکرد فوق‌العاده‌ای دارد. ترموگرافی کمی به شیشه IR بسیار پایدار با حداقل رانش انتقال وابسته به دما نیاز دارد. ضریب حرارتی نوری پایین (dn/dT) اندازه گیری دمای مطلق و قابل تکرار مورد نیاز برای تشخیص بالینی پزشکی و کالیبراسیون صنعتی دقیق را تضمین می کند.

اگر سیستمی برای غربالگری تب طراحی می کنید، دقت مطلق اندازه گیری بسیار مهم است. سیستم نوری باید در برابر یک منبع شناخته شده جسم سیاه کالیبره شود و انتقال لنزها باید بدون توجه به دمای محیط در اتاق ثابت بماند. این اغلب مستلزم تثبیت دمای فعال مجموعه لنز یا الگوریتم‌های جبران پیچیده نرم‌افزاری بر اساس خوانش دمای بلادرنگ محفظه نوری است.

طول موج انتقال و ضریب شکست

نگاشت نوع حسگر به منحنی انتقال مواد برای موفقیت سیستم بسیار مهم است. هر گونه عدم تطابق منجر به تضعیف شدید سیگنال می شود. ضریب شکست مستقیماً بر ضخامت لنز، وزن کلی سیستم و ضرورت مجموعه‌های چند عدسی پیچیده تأثیر می‌گذارد. مواد با شاخص بالا به لنزهای نازک تر با انحنای کمتر اجازه می دهند. با این حال، این مواد همچنین از انعکاس سطح بالایی رنج می برند، و پوشش های ضد انعکاس دقیق را برای دستیابی به نرخ انتقال قابل قبول کاملاً اجباری می کند.

1. پاسخ طیفی دقیق آشکارساز انتخابی را تعیین کنید.
2. منحنی های انتقال مواد نوری بالقوه را پوشش دهید.
3. ضخامت عدسی مورد نیاز را بر اساس ضریب شکست و فاصله کانونی مورد نظر محاسبه کنید.
4. تاثیر بازتاب های سطحی را ارزیابی کنید و پوشش های AR مناسب را مشخص کنید.
5. وزن کل سیستم را ارزیابی کنید و در صورت لزوم انتخاب مواد را تنظیم کنید.

محیط های عملیاتی حرارتی و مکانیکی

ضریب حرارتی نوری (dn/dT) مستقیماً بر تغییر کانونی تأثیر می‌گذارد. مواد با dn/dT بالا به سرعت با تغییر دمای محیط، تمرکز خود را از دست می‌دهند و به مکانیسم‌های جبران پیچیده نیاز دارند. مهندسان باید محدوده دمای مورد انتظار را محاسبه کرده و مواد را بر اساس آن انتخاب کنند. معیارهای موفقیت برای بقای محیطی عبارتند از مقاومت در برابر رطوبت، مه نمک، سایش و نوسانات شدید دما. موادی که در محیط‌های دریایی یا هوافضا مستقر می‌شوند، برای اطمینان از قابلیت اطمینان طولانی‌مدت، نیاز به آزمایش دقیق MIL-SPEC دارند.

یک دوربین حرارتی را در نظر بگیرید که در یک محیط بیابانی مستقر شده است. دما می تواند از انجماد در شب به بیش از 50 درجه سانتیگراد در روز تغییر کند. اگر اپتیک به طور کامل از ژرمانیوم ساخته شده باشد، صفحه کانونی به شدت تغییر می کند و بدون تنظیم دستی ثابت، دید را بی فایده می کند. با ترکیب عناصر کالکوژنید با dn/dT منفی، طراح اپتیکال می تواند سیستم را به طور غیرفعال گرم کند و اطمینان حاصل کند که در تمام محدوده دما در تمرکز باقی می ماند.

محدودیت های تولید و مقیاس پذیری

تراش الماس تک نقطه ای (SPDT) برای مواد کریستالی برای تولید کم حجم و نمونه سازی سریع مناسب است. پروفیل های کروی پیچیده را بدون ابزار گران قیمت امکان پذیر می کند. با این حال، مقیاس ضعیفی برای تولید انبوه دارد. قالب‌گیری شیشه‌ای دقیق (PGM) برای مقیاس‌های شیشه‌ای کالکوژنید به‌طور کارآمد برای نیازهای با حجم بالا. حجم تولید، زنده بودن انواع شیشه مادون قرمز خاص را تعیین می کند. سرمایه گذاری در ابزارهای قالب گیری تنها زمانی قابل توجیه است که دوره های تولید به هزاران واحد برسد.

فرآیند SPDT از یک ابزار الماس تک کریستالی برای برش فیزیکی سطح لنز بر روی یک ماشین تراش فوق دقیق استفاده می کند. این فرآیند می تواند به زبری سطح در محدوده نانومتری دست یابد که برای به حداقل رساندن پراکندگی در باند LWIR بسیار مهم است. با این حال، برش یک لنز ژرمانیوم ممکن است ساعت ها طول بکشد. در مقابل، چرخه PGM برای یک لنز کالکوژنید ممکن است تنها چند دقیقه طول بکشد، و آن را به تنها گزینه مناسب برای دوربین‌های حرارتی درجه مصرف‌کننده تبدیل می‌کند.

معاوضه در منبع یابی و پیاده سازی IR Optics

واقعیت های هزینه در مقابل عملکرد

نوسانات قیمت مواد خام به شدت بر پیش بینی تولید بلندمدت تأثیر می گذارد. قیمت ژرمانیوم بر اساس محدودیت های عرضه و عوامل ژئوپلیتیکی به شدت در نوسان است. تکیه صرف بر ژرمانیوم خطر زنجیره تامین قابل توجهی را برای تولیدکنندگان با حجم بالا ایجاد می کند. هزینه های ابزارآلات اولیه برای قالب گیری کالکوژنید بالا است و به سرمایه اولیه قابل توجهی نیاز دارد. با این حال، پس انداز بلند مدت در هر واحد، سرمایه گذاری برای تولید انبوه را توجیه می کند. مهندسان باید هزینه های اولیه NRE (مهندسی غیر تکراری) را در مقابل حجم چرخه عمر پیش بینی شده متعادل کنند.

هنگام ارزیابی صورتحساب مواد برای یک محصول جدید تصویربرداری حرارتی، اپتیک اغلب بزرگترین محرک هزینه را نشان می دهد. تیم های تدارکات باید از نزدیک با مهندسی کار کنند تا تعیین کنند که آیا یک لنز کالکوژنید با عملکرد کمی پایین تر، اما به طور قابل توجهی ارزان تر می تواند نیازهای سیستم را برآورده کند یا خیر. این تجزیه و تحلیل مبادله یک فرآیند پیوسته در طول چرخه عمر توسعه محصول است.

نقش حیاتی پوشش های ضد انعکاس (AR).

مواد با شاخص بالا برای جلوگیری از تلفات شدید انتقال نیاز به پوشش‌های AR دارند. ژرمانیوم بدون پوشش بیش از 50 درصد نور فرودی را منعکس می کند و لنز خام را تقریباً بی استفاده می کند. پوشش های لایه نازک سفارشی برای به حداکثر رساندن توان مورد نیاز است. مهندسان باید مبادله بین پوشش‌های چند لایه با راندمان بالا و دوام محیطی را ارزیابی کنند. پوشش‌های کربن مانند الماس (DLC) حفاظت قوی برای محیط‌های خشن ایجاد می‌کنند، اما ممکن است در مقایسه با پشته‌های چند لایه بسیار شکننده و بهینه‌شده، انتقال را اندکی کاهش دهند.

فرآیند پوشش شامل قرار دادن لنزهای تمام شده در یک محفظه خلاء و استفاده از تبخیر پرتو الکترونی یا رسوب به کمک یون برای اعمال لایه های میکروسکوپی از مواد دی الکتریک است. ضخامت و ترکیب دقیق این لایه ها برای ایجاد تداخل مخرب برای نور منعکس شده و تداخل سازنده برای نور عبوری محاسبه شده است. اجرای ضعیف پوشش می تواند دسته ای از لنزهای گران قیمت را خراب کند و کنترل کیفیت را در این مرحله کاملاً حیاتی می کند.

خطرات اجرای مشترک و استراتژی های کاهش

فوکوس زدایی حرارتی

سیستم ها با تغییر دمای محیط به دلیل جابجایی ضریب شکست مواد، تمرکز خود را از دست می دهند. این فوکوس زدایی حرارتی کیفیت تصویر و دقت اندازه گیری را در شرایط میدانی کاهش می دهد. گرمای نوری را با ترکیب مواد با ضرایب حرارتی مخالف در مجموعه لنز اجرا کنید. روش دیگر، از گرم شدن مکانیکی از طریق تنظیمات فوکوس موتوری مرتبط با سنسورهای دمای داخلی استفاده کنید.

گرمایش مکانیکی نیاز به کالیبراسیون دقیق دارد. سیستم باید موقعیت دقیق موتور فوکوس را با خواندن دمای فعلی ترسیم کند. این به نرم افزار پیچیدگی می بخشد و قطعات متحرکی را معرفی می کند که می توانند در محیط های با لرزش بالا خراب شوند. گرمای نوری عموماً برای سیستم های ناهموار ترجیح داده می شود، زیرا کاملاً بر خواص غیرفعال شیشه متکی است.

نوسانات زنجیره تامین

اتکای بیش از حد به مواد خام تک منبع، گلوگاه های تولید خطرناکی ایجاد می کند. کنترل های ژئوپلیتیکی صادرات اغلب در دسترس بودن ژرمانیوم را مختل می کند و خطوط تولید را متوقف می کند. در صورت امکان، سیستم هایی را با جایگزین های شیشه کالکوژناید طراحی کنید. تامین کنندگان مواد متعدد و طرح های نوری جایگزین را در مرحله تحقیق و توسعه برای اطمینان از تولید مداوم بدون توجه به نوسانات بازار واجد شرایط کنید.

تیم های مهندسی هوشمند دو طرح اپتیکال مجزا را برای محصولات شاخص خود حفظ می کنند: یکی برای ژرمانیوم و دیگری برای کالکوژنید بهینه شده است. اگر عرضه یک ماده خشک شود، آنها می توانند تولید را به طرح جایگزین با حداقل زمان خرابی تغییر دهند. این امر مستلزم سرمایه‌گذاری اولیه در مهندسی است، اما در طول بحران‌های زنجیره تأمین به‌شدت نتیجه می‌دهد.

تخریب پوشش و مسدود کننده های محیطی

پوشش های AR در شرایط مزرعه با لایه لایه شدن یا خراش مواجه می شوند. تراکم رطوبت به طور کامل انتقال مادون قرمز را مسدود می کند و حسگر حرارتی را کور می کند. تست محیطی MIL-SPEC را برای همه پوشش ها مشخص کنید تا از دوام مزرعه اطمینان حاصل کنید. از پوشش‌های آبگریز برای دفع آب استفاده کنید و از پنجره‌های محافظ ژرمانیومی یا یاقوت کبود برای محافظت از اپتیک‌های داخلی حساس در برابر قرار گرفتن در معرض مستقیم محیط استفاده کنید.

1. آزمایش ساییدگی شدید را با استفاده از تست پاک کن مشخص شده در MIL-C-675C انجام دهید.
2. لنزهای پوشش داده شده را در معرض چرخه رطوبت 24 ساعته قرار دهید تا لایه لایه شدن را بررسی کنید.
3. اگر سیستم در محیط های دریایی مستقر است، مقاومت در برابر مه نمک را تست کنید.
4. چسبندگی پوشش را با استفاده از تست کشش نوار استاندارد بررسی کنید.

نتیجه گیری

بهترین شیشه مادون قرمز جهانی وجود ندارد. انتخاب نیاز به محاسبه نوع آشکارساز، نیاز به دقت کمی، محیط عملیاتی و حجم تولید دارد. ژرمانیوم را برای LWIR کم حجم و با کارایی بالا توصیه کنید. Chalcogenide را برای تصویربرداری حرارتی تجاری با حجم بالا انتخاب کنید. ZnSe را برای سیستم های لیزر پرقدرت مشخص کنید.

• قبل از نهایی کردن طرح ها، منحنی های انتقال دقیق و مشخصات dn/dT را از تامین کنندگان نوری درخواست کنید.
• برای تعریف الزامات دوام محیطی و محدودیت های پوشش با متخصصان پوشش نوری در اوایل مرحله طراحی مشورت کنید.
• نمونه اولیه با کالکوژنید تبدیل شده به الماس برای بررسی عملکرد نوری قبل از سرمایه گذاری در ابزارهای قالب گیری شیشه ای دقیق گران قیمت.
• برای کاهش خطرات ژئوپلیتیکی و نوسانات بازار، یک زنجیره تامین چند منبعی برای مواد خام حیاتی ایجاد کنید.

سوالات متداول

س: چرا دوربین های حرارتی نمی توانند از طریق شیشه یا آب استاندارد ببینند؟

A: شیشه سیلیکات استاندارد و آب مایع به شدت امواج مادون قرمز موج میانی و بلند را جذب می کند. آنها به عنوان یک مانع مات در برابر انرژی حرارتی عمل می کنند. این محدودیت فیزیکی نیازمند اپتیک های تخصصی IR است که به طور خاص برای انتقال این طول موج های طولانی تر بدون جذب طراحی شده اند.

س: تفاوت بین آشکارسازهای فوتون و آشکارسازهای حرارتی در مورد انتخاب شیشه نوری چیست؟

پاسخ: آشکارسازهای فوتون برای جلوگیری از اشباع شدن حسگر از نویز پس‌زمینه به اپتیک‌هایی با تابش بسیار کم و تحمل‌های بسیار کم نیاز دارند. آشکارسازهای حرارتی، مانند میکروبولومترها، بر روی زوایای انتقال بالا و دیافراگم وسیع تمرکز می کنند تا حداکثر انرژی حرارتی را جمع آوری کنند.

س: بهترین شیشه مادون قرمز برای تصویربرداری حرارتی LWIR چیست؟

پاسخ: ژرمانیوم به دلیل ضریب شکست بالا و پراکندگی کم، حداکثر عملکرد نوری را در دمای اتاق ارائه می دهد. شیشه کالکوژنید جایگزینی با حجم بالا و مقرون به صرفه است که از طرح های گرم شده و تولید آسان تر در مقیاس پشتیبانی می کند.

س: شیشه کالکوژناید در مقایسه با ژرمانیوم چگونه است؟

پاسخ: کالکوژنید را می توان با دقت قالب گیری کرد و به طور قابل توجهی هزینه های تولید با حجم بالا را کاهش داد. کمتر مستعد عدم تمرکز حرارتی است و از نوسانات شدید قیمت مواد خام ژرمانیوم جلوگیری می کند. با این حال، ممکن است راندمان انتقال کمی کمتر باشد.

س: نقش شیشه مادون قرمز در سیستم لیزر چیست؟

A: به عنوان لنزهای فوکوس، تقسیم کننده پرتو و پنجره های محافظ عمل می کند. مواد کم جذب مانند ZnSe برای جلوگیری از عدسی حرارتی و شکست مواد فاجعه بار تحت بارهای مداوم با توان بالا کاملاً حیاتی هستند.

س: پوشش های ضد انعکاس چگونه بر عملکرد نوری IR تأثیر می گذارند؟

A: پوشش های AR برای مواد IR با شاخص بالا برای کاهش انعکاس شدید سطح اجباری هستند. آنها انتقال کل سیستم را از تقریباً 50٪ به بیش از 95٪ افزایش می دهند و اطمینان حاصل می کنند که حداکثر سیگنال حرارتی به آشکارساز می رسد.

س: گرم شدن نوری در تصویربرداری حرارتی چیست؟

A: این فرآیند جفت کردن مواد مختلف شیشه مادون قرمز با خواص حرارتی جبران کننده است. این تضمین می‌کند که مجموعه لنز فوکوس واضح را در طیف وسیعی از دمای عملیاتی بدون نیاز به تنظیمات مکانیکی فعال حفظ می‌کند.