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红外光学系统设计
红外光学系统设计
一.简介:红外光学系统的基本功能是接收和聚集目标所发出的红外辐射并传递到探测器产生电信号。红外光学系统与普通(可见光)系统设计区别主要在应用的光学材料上。
红外光学系统设计应满足如下要求:
1.
小的尺度,由整机尺寸要求确定;
2.
具有尽可能达的相对孔径;
3.
有确定的视场角;
4.
所选波段内有*小的辐射能损失;
5.
在各种气象条件下或在振动和抖动条件下具有稳定的光学性能。
二.红外光学设计中常用的材料
中波3~5微米和8~14微米是大气传输的两个窗口,现有的红外探测器主要接收这两个波段的红外辐射,普通的光学玻璃在这两波段不能适用,目前国内红外光学设计*常用的红外材料是鍺(Germanium)、硅(Silicon)、硒化锌(Znse),硫化锌(Zns),国外还有新型的红外材料AMTIR(AMTIR1-6)。
1.
鍺材料
因其高折射率在长波红外光学设计中被广泛的应用。
透过率曲线
Refractive Index
Wavelength, µm
2.06
2.15
2.44
2.58
3.00
3.42
4.36
6.24
8.66
9.72
11.04
13.02
Refractive Index
4.10
4.09
4.07
4.06
4.05
4.03
4.02
4.01
4.00
4.00
4.00
4.00
2.
硅材料
其长波范围透过率不高,主要应用在中波和鍺材料搭配使用。
透过率曲线
Refractive Index
Wavelength, µm
1.40
1.50
1.66
1.82
2.05
2.50
3.50-5.00
6.00-25.00
Refractive Index
3.49
3.48
3.47
3.46
3.45
3.44
3.43
3.42
3.
硒化锌材料
硒化锌是淡黄色透明晶体,在部分可见光波段和红外波段具有很好的透过率,适合做成像透镜,目前国产的Znse材料性能不好,国外材料造价太高并未能大规模的应用,只在长波校正色差用。
透过率曲线
硒化锌材料的折射率
波长
(µm)
折射率
波长
(µm)
折射率
波长
(µm)
折射率
波长
(µm)
折射率
0.54
2.68
1.80
2.45
7.40
2.42
13.0
2.39
0.58
2.63
2.20
2.44
7.80
2.42
13.4
2.38
0.62
2.60
2.60
2.44
8.20
2.42
13.8
2.38
0.66
2.58
3.00
2.44
8.60
2.41
14.2
2.37
0.70
2.56
3.40
2.44
9.00
2.41
14.6
2.37
0.74
2.54
3.80
2.43
9.40
2.41
15.0
2.37
0.78
2.53
4.20
2.43
9.80
2.41
15.4
2.36
0.82
2.52
4.60
2.43
10.2
2.41
15.8
2.36
0.86
2.51
5.00
2.43
10.6
2.40
16.2
2.35
0.90
2.50
5.40
2.43
11.0
2.40
16.6
2.35
0.94
2.50
5.80
2.43
11.4
2.40
17.0
2.34
0.98
2.49
6.20
2.43
11.8
2.39
17.4
2.34
1.00
2.49
6.60
2.42
12.2
2.39
17.8
2.33
1.40
2.46
7.00
2.42
12.6
2.39
18.2
2.33
4.
硫化锌
硫化锌分为热压硫化锌和气相沉积(CVD)硫化锌两种。热压硫化锌主要用作导引头前的整流罩,CVD硫化锌多用作透镜设计。
透过率曲线
CVD硫化锌性能参数
化学气相沉积硫化锌(
ZnS
)
CVDZnS
名称
Standard CVD ZnS
Multi-Spectral Zns
透射波段
μm
0.6-12
0.35-12
折射率
10.6μm
2.2002
2.2008
折射率温度系数
10.6μm
处
(10
-6/
℃
)
50
50
体吸收系数
(10.6μm
,
cm
-1
)
0.096
0.2
熔点
(
℃
)
1830
1830
努氏硬度
(kg/mm
2
)
210-230
160
密度
(g/cm
3
)
4.09
4.09
断裂模量
(MPa)
103.4
68
断裂韧性
(MPam
1/2
)
1.0
0.8
杨氏模量
(GPa)
74.5
74.5
5.AMTIR材料
AMTIR-1材料是Ge-As-Se的混合材料,1um波长折射率为2.6055,10um波长折射率为2.4977。
从透过率曲线图看AMTIR-1材料对中波红外和长波红外有很高的透过率,并且均匀性好。
三.红外光学系统的分类:
按照结构不同红外光学系统可分为
1.
透射式
2.
反射式
3.
混合式
按工作波段不同可分为
1.
中波红外光学系统
2.
长波红外光学系统
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