文档介绍：第三节材料的红外光学性能一、红外线的基本知识红外线同可见光一样在本质上都是电磁波, 它的波长范围很宽( ~ 1000 mm ), 按波长又可分为三个光谱区:近红外( ~ 15mm ) ,中红外( 15~ 50mm ) ,远红外( 50~ 1000 mm ) 。红外线同样具有波粒二象性,遵守波的反射定律和折射定律,在一定的条件下也会发生干涉和衍射效应。红外线与可见光不同之处是人的肉眼看不见红外线, 且在大气层中对红外波段存在一系列吸收很低的透明波段,如 1~ , ~ mm , ~ , ~ 等波段, 大气层的透过率在 80 %以上;8~ 12mm , 大气层的透过率为 60 %~ 70%。这些特点使得红外线在军事、工程技术和生物医学上得到许多应用。二、红外材料的性能红外材料应具有对不同波长红外线的透过率、折射率和色散, 当然, 材料的强度和硬度、抗腐蚀和防潮解能力、密度、到热率、热膨胀系数、比热容等在红外光学器件(如透镜、棱镜、滤光片和整流罩等)的制备和实用中也是需要考虑的。材料的光谱透过率与材料的结构, 特别是化学键和原子量有关。任何材料只能在某一波段具有较高的透过率。对于纯的晶体材料,若不考虑杂质吸收的话,其透射短波限 sl 取决于电子吸收, 即引起电子从价带激发到导带的光吸收。因而, 一般说来, 短波截至波长大致相当于该晶体禁带宽度能量对应的光频率。其长波透射限 1l 主要取决于声子吸收,即晶格震动吸收, 它可以是一次谐波震动吸收, 也可以是高次谐波震动吸收。声子吸收和晶体结构、构成晶体元素的平均分子量及化学键有关。在晶体结构相同的情况下,平均分子量越大,则声子吸收出现的波长越长,材料的红外透射长波截至波长 1l 也越长。对于金刚石、锗、硅等具有金刚石结构的晶体, 由于在红外区域没有活跃的一次谐波晶格震动, 高次谐波也较弱, 因而是一类透过率较高、透射波段也较宽的优秀的红外光学材料, 使用也较为普遍。折射率和色散是红外光学材料的另一重要特性。首先,折射率和反射率损失密切相关, 折射率越大, 反射损失也越高。其次, 对于不同用途, 对折射率有不同的要求。例如, 对于制造窗口和整流罩的光学材料, 为了减少反射损失, 要求折射率低一些; 而用于制造高放大率、宽视场角光学系统中的棱镜、透镜及其他光学部件的材料则要求折射率要高一些。例如, 有时为了消色差或其他像差, 不但需要使用不同折射率的材料作为复合透镜, 而且对色散也有一定要求。作为分光光度计中色散元件的棱镜, 它的性能直接与材料的折射率和色散有关。除了透过率、折射率和色散外, 材料的力学性能、抗腐蚀、防潮解等性能对于一个好的光学器件也视非常重要的。比如,绿化钠晶体虽然是很好的红外光学材料,但却容易潮解, 不宜在野外使用; 锗也是很好的红外光学材料, 但当温度升高时, 透过率显著下降, 而且它比较脆, 软话温度也太低, 因此用作整流罩是不合适的。同样, 虽然金刚石的各种性能很优异, 可是它不能做成大尺寸的器件, 而且价格过于昂贵, 所以很少有人用它来作实际的光学材料。此外,要格外注意的是材料受热时的子辐射特性,为了避免探测器中出现假信号,受热材料在工作波段内的子辐射应当很小,这在搜索跟踪系统中尤其要引起重视。在红外光学系统