Die Kernleistungen eines Infrarot-Banddurchgangsfilters - die Durchlässigkeit und die Schnitttiefe eines bestimmten Bandes - hängen direkt von der gemeinsamen Wahl des Grundmaterials und des Beschichtungsmaterials ab, was eine umfassende Berücksichtigung basierend auf dem Zielwellenlängenbereich, der Umweltverträglichkeit und den Kosten erfordert.

Grundmaterial: Grundstein für optische und mechanische Eigenschaften

Die Grundlage ist ein Träger des Filters, dessen Voraussetzung die hohe Transparenz im Zieldurchgangsband sowie stabile mechanische und chemische Eigenschaften ist.

Kurzwelleninfrarot (SWIR, 1-3 μm): häufig verwendetes optisches Glas (wie BK7) oder geschmolzenes Quartz. Letzteres hat einen sehr niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und eine bessere Umweltstabilität.

Mittelwellen-Infrarot (MWIR, 3-5 μm): Das Hauptmaterial ist monokristallines Germanium (Ge), dessen Brechungsgrad hoch ist und seine Lichtdurchlässigkeit gut ist, aber es ist teuer und zerbrechlich; Zinksulfid (ZnS) und Zinkselenid (ZnSe) sind ausgezeichnete Alternativen, insbesondere zu ZnSe, das einen sehr breiten Durchlässigkeitsbereich bei MWIR und Langwelleninfrarot (LWIR) hat, aber eine relativ niedrige Härte hat.

Langwellen-Infrarot (LWIR, 8-14 μm): Monokristallines Germanium ist immer noch wichtig, Silizium (Si) wird wegen seiner hohen Härte und niedrigen Kosten häufig für 8-12 μm verwendet; Darüber hinaus sind Kristalle wie Natriumchlorid (NaCl) und Kaliumbromid (KBr) sehr breit, aber sehr leicht aufzulösen und müssen streng geschützt werden.

II. Beschichtungsmaterial: Der Schlüssel zur Realisierung des Spektrums "Screening"

Das Prinzip der Dünnfilm-Interferenz ist der Kern für die Realisierung der Banddurchgangsfunktion, die sich durch abwechselnde Verdampfung von Medienmembranschichten mit hohem Brechungsgrad (H) und niedrigem Brechungsgrad (L) zusammensetzt.

Materialpaarung: Klassische Kombinationen umfassen Germanium (Ge) als H-Schicht mit Siliziummonoxid (SiO) oder Zinksulfid (ZnS) als L-Schicht. Beispielsweise wird in der MWIR/LWIR-Region die Ge/ZnS-Kombination aufgrund ihrer guten Brechungsabweichung und ihrer Umweltbeständigkeit weit verbreitet.

Durchbrüche und Trends: Fortschritte in der Materialwissenschaft treiben die Anwendung neuer Materialien voran:

Oxid-Ersatz: wie Titandioxid (TiO₂), Tantalpentoxid (Ta₂O₂) usw. wird im nahen Infrarot verwendet, um eine höhere Schwelle für Laserschäden und Stabilität zu bieten.

Nichtkristalline dünne Folie: Nichtkristallines Silizium (a-Si), Nichtkristallines Germanium (a-Ge) usw. können die durch die Kristallgrenze verursachten Streufverluste reduzieren und die optische Gleichmäßigkeit und Leistung verbessern.

Robuste und langlebige Konstruktion: Durch die Einführung von harten Materialien wie Germaniumkarbid (GeC), diamantförmigem Kohlenstoff (DLC) als Schutzschicht oder Membranschicht, verbessert die Verschleißbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Filters erheblich, um sich an raue Umgebungen anzupassen.

Schlussfolgerung:

Das Design moderner Infrarotfilter hat sich zu einem Systemprojekt entwickelt. Bei der Auswahl wählen Sie zunächst die Grundlage nach dem Arbeitsband aus und wählen Sie dann das geeignete Beschichtungsmaterialsystem und das Membransystem nach der Durchgangsgenauigkeit, den Abschnittsanforderungen, der Umgebungshärte (Temperaturbeständigkeit, Feuchtigkeit, Schlagbeständigkeit) und den Kosten aus. Durchbrüche in der Materialwissenschaft, insbesondere die Entwicklung neuer harter, verlustarmer und hochstabiler Beschichtungsmaterialien, treiben Infrarotfilter in Richtung höherer Leistung, kleinerer Größen, längerer Lebensdauer und größerer Umweltanpassung.