Մեկ հոդված, որը պետք է հասկանալ. Ինչու է խալկոգենիդային ապակին անփոխարինելի հիմնական նյութ միջինից մինչև հեռավոր ինֆրակարմիր օպտիկական ֆիլտրերի համար

Հարցրեք ցանկացած ինֆրակարմիր օպտիկական ինժեների, թե որն է նյութի ընտրության ամենադժվար խնդիրը միջինից մինչև հեռավոր ինֆրակարմիր տիրույթում, և դուք, ամենայն հավանականությամբ, կստանաք նույն պատասխանը. չափազանց դժվար է գտնել մի նյութ, որը միաժամանակ բարձր թափանցիկություն ունի միջինից մինչև հեռավոր ինֆրակարմիր տիրույթում, բավականաչափ մեխանիկորեն կայուն է և կարող է գոյատևել իրական աշխարհի աշխատանքային միջավայրերում։

Գերմանիումը լավն է, բայց թանկ է և սահմանափակ ալիքային գոտիներով։ Ֆտորի բյուրեղները լայն թափանցելիության դիապազոն ունեն, բայց դրանք չափազանց հիգրոսկոպիկ են և սկսում են լուծվել նույնիսկ թեթևակի խոնավ պայմաններում։ Սիլիցիումը բավականին լավ է գործում միջին ինֆրակարմիր տիրույթում, բայց դրա թափանցելիությունը սկսում է զգալիորեն նվազել 8 մկմ-ից բարձր և դառնում է անպիտան ավելի երկար հեռավոր ինֆրակարմիր ալիքի երկարությունների համար։

Քալկոգենիդային ապակին այս ընտրության դիլեմայի քիչ համակարգային լուծումներից մեկն է։

Ի՞նչ է քաղկոգենիդային ապակին, և ինչո՞ւ է այն գերազանց միջինից մինչև հեռավոր ինֆրակարմիր տիրույթում։

Քալկոգենիդային ապակին ամորֆ ապակե նյութ է, որը հիմնականում կազմված է VI խմբի տարրերից՝ ծծմբից (S), սելենից (Se) և տելուրից (Te): Տիպիկ կազմություններից են As–S, As–Se, Ge–Sb–Se, Ge–As–Se–Te և տարբեր այլ բանաձևեր:

Միջինից մինչև հեռավոր ինֆրակարմիր տիրույթում դրա գերազանց թափանցելիության հիմնական պատճառը քիմիական կապերի համեմատաբար ցածր կապի էներգիան է։

Ինֆրակարմիր թափանցելիությունը որոշվում է նյութի ֆոնոնային սահմանային հաճախականությամբ. ատոմների միջև քիմիական կապերի տատանողական հաճախականությունը որոշում է ինֆրակարմիր լույսի կլանման սահմանը: Կապի ցածր էներգիան և ավելի բարձր ատոմային զանգվածը հանգեցնում են ավելի ցածր ֆոնոնային հաճախականությունների, ինչը թույլ է տալիս նյութին թափանցել ավելի երկար ինֆրակարմիր ալիքի երկարություններ:

Քալկոգեն տարրերն ունեն բարձր ատոմային զանգվածներ։ Երբ դրանք քիմիական կապեր են առաջացնում մկնդեղի, գերմանիումի և այլ տարրերի հետ, կապի էներգիաները ցածր են, և ֆոնոնների կտրման հաճախականությունը կարող է գերազանցել 10 մկմ-ը կամ նույնիսկ ավելի երկար։ Սա թույլ է տալիս քալկոգենիդային ապակուն պահպանել բարձր թափանցելիություն ամբողջ 8–14 մկմ երկարալիք ինֆրակարմիր պատուհանում և դրանից այն կողմ։ Ի տարբերություն դրա, օքսիդային ապակիները, ինչպիսին է SiO₂-ը, ունեն բարձր Si-O կապի էներգիա՝ մոտ 4–5 մկմ ֆոնոնների կտրման հաճախականություններով, ինչը դրանք դարձնում է լիովին անթափանց երկարալիք ինֆրակարմիրում, հենց այդ պատճառով էլ ջերմային պատկերիչով սովորական ապակու միջով ոչինչ չեք կարող տեսնել։

Քալկոգենիդային ապակու տարբեր ձևակերպումները ունեն տարբեր թափանցելիության միջակայքեր: Ծծմբի վրա հիմնված համակարգերը (օրինակ՝ As₂S₃) ունեն մոտավորապես 0.6μm-ից մինչև 11μm թափանցելիության պատուհան: Սելենի վրա հիմնված համակարգերը (օրինակ՝ As₂Se₃) կարող են տարածվել 15μm-ից ավելի: Տելուրիումի վրա հիմնված համակարգերն ունեն նույնիսկ ավելի լայն թափանցելիություն՝ հասնելով 20μm-ից բարձր: Այս կարգավորման հնարավորությունը թույլ է տալիս քալկոգենիդային ապակին ծածկել բազմաթիվ կիրառման գոտիներ՝ միջին ալիքից մինչև երկար ալիք և նույնիսկ շատ երկար ալիքային ինֆրակարմիր՝ առաջարկելով շատ ավելի մեծ ճկունություն, քան ցանկացած միաբյուրեղային նյութ:

Գերմանիումի հետ համեմատություն. Յուրաքանչյուրն ունի իր ուժեղ կողմերը, բայց քաղկոգենիդային ապակին առաջարկում է եզակի անփոխարինելիություն

Գերմանիումը միջինից մինչև հեռավոր ինֆրակարմիր օպտիկայի մեջ ամենատարածված նյութն է: Դրա 8–14 մկմ բեկման ցուցիչը մոտավորապես 4.0 է, ինչը ապահովում է լույսի հավաքման գերազանց ունակություն, ինչը այն դարձնում է ջերմային պատկերման ոսպնյակների հիմնական ընտրությունը:

Այնուամենայնիվ, գերմանիումը ունի երեք նշանակալի սահմանափակում.

Նախ, գների անկայունությունը։ Գերմանիումը հազվագյուտ մետաղ է՝ բարձր կենտրոնացված համաշխարհային մատակարարմամբ։ Արտահանման քաղաքականության և պահանջարկի ազդեցության տակ դրա գինը կարող է կրկնապատկվել կամ կիսով չափ նվազել մի քանի տարվա ընթացքում՝ առաջացնելով մատակարարման շղթայի զգալի ռիսկեր։

Երկրորդ՝ սահմանափակ կոշտություն։ Գերմանիումը ունի մոտավորապես 780HV Վիկերսի կարծրություն: Ավազի, փոշու կամ անձրևի պայմաններում կոշտ միջավայրերում մակերեսը ենթակա է քայքայման և քերծվածքների, ինչը սահմանափակում է դրա երկարատև ծառայության ժամկետը որպես պատուհան կամ ֆիլտրի հիմք՝ համեմատած ավելի կոշտ նյութերի հետ:

Երրորդ՝ սահմանափակ փոխանցման միջակայք։ Գերմանիումի թափանցելիության պատուհանը կազմում է մոտավորապես 2–15 մկմ, որտեղ թափանցելիությունը զգալիորեն նվազում է 15 մկմ-ից այն կողմ։

Քալկոգենիդային ապակին այս երեք չափումներում տարբեր կերպ է գործում, սակայն դրա թափանցելիության տիրույթի առավելությունը կառուցվածքային է. շատ երկարալիք ինֆրակարմիր 12 մկմ-ից ավելի ծածկույթ պահանջող կիրառությունների համար քալկոգենիդային ապակին քիչ գործնական ընտրություններից մեկն է: Բացի այդ, որպես ամորֆ նյութ, քալկոգենիդային ապակին կարող է զանգվածաբար արտադրվել բարդ մակերեսային պրոֆիլների՝ ձուլման գործընթացների միջոցով, որի արտադրական ծախսերը ցածր են գերմանիումի ճշգրիտ մեքենայացման համեմատ, ինչը այն հարմար է դարձնում մեծածավալ քաղաքացիական կիրառությունների համար:

DLC ծածկույթ. Քալկոգենիդային ապակու կարծրության թերության լուծում

Քալկոգենիդային ապակին ունի զգալի մեխանիկական թուլություն. դրա կարծրությունը ցածր է, սովորաբար 100–200HV միջակայքում, ինչը շատ ավելի ցածր է գերմանիումի (780HV) և սիլիցիումի (1000HV) կարծրությունից: Չծածկված քալկոգենիդային ապակու մակերեսը բավարար մաշվածության դիմադրություն չունի ավազով և փոշով բացօթյա միջավայրերում կամ հաճախակի մաքրում պահանջող արդյունաբերական պայմաններում, ինչը սահմանափակում է դրա ծառայության ժամկետը դժվար պայմաններում:

DLC (ադամանդե ածխածին) ծածկույթը այս խնդրի ամենահասուն տեխնիկական լուծումն է։

DLC-ն ամորֆ ածխածնային թաղանթ է՝ Վիկերսի կարծրությամբ, որը սովորաբար տատանվում է 1500-ից մինչև 3000HV, ցածր շփման գործակցով (մոտավորապես 0.05–0.15 չոր պայմաններում) և լավ թափանցելիությամբ միջինից մինչև հեռավոր ինֆրակարմիր տիրույթում: Քալկոգենիդային ապակե մակերեսների վրա նստելիս այն զգալիորեն մեծացնում է հիմքի դիմադրությունը մաշվածության, քերծվածքների և կոռոզիայի նկատմամբ, միաժամանակ սահմանափակելով ինֆրակարմիր թափանցելիության վրա ազդեցությունը 1-2 տոկոսային կետով:

Այս համադրության նշանակությունն այն է, որ խալկոգենիդային ապակին ապահովում է լայնաշերտ միջինից մինչև հեռավոր ինֆրակարմիր ճառագայթման փոխանցում, մինչդեռ DLC-ն ապահովում է մեխանիկական պաշտպանություն: Միասին, դրանք մեկ օպտիկական տարրի մեջ ինտեգրում են երկու հատկություն, որոնք հազվադեպ են միաժամանակ ձեռք բերվում մեկ նյութում՝ «լայնաշերտ ճառագայթում» և «շրջակա միջավայրի նկատմամբ դիմացկունություն»:

MULTI IR-ը անկախ մշակել է DLC-պատված քաղկոգենիդային ապակե ֆիլտրեր, որոնց գործընթացները ներառում են բազմաթիվ ենթաշերտային համակարգեր, ներառյալ As-S, As-Se և Ge-Sb-Se: DLC թաղանթների կպչունությունը և միատարրությունը հատուկ օպտիմալացվել են այս ենթաշերտերի համար: Տարբեր քաղկոգենիդային ապակե ենթաշերտերի և DLC թաղանթի միջև ջերմային ընդարձակման գործակցի համապատասխանությունը զգալիորեն տարբերվում է, ինչը անմիջականորեն ազդում է DLC շերտի կպչունության կայունության վրա. սա քաղկոգենիդային ապակու վրա DLC ծածկույթի տեխնիկապես ամենադժվար կողմն է և արտադրության հետևողականությունը վերահսկելու ամենադժվար մասը: Ներկայումս MULTI IR-ի DLC-պատված քաղկոգենիդային ապակե արտադրանքը առաքվում է այնպիսի կիրառություններում, ինչպիսիք են ռազմական ինֆրակարմիր պատուհանները, արդյունաբերական ջերմային պատկերումը և ավտոմոբիլային երկարալիք ինֆրակարմիր համակարգերը:

Քալկոգենիդային ապակե ֆիլտրերի ընտրության հիմնական չափանիշները

Դիմումի մակարդակի ընտրությունը սովորաբար պահանջում է երեք բանի հաստատում.

1. Գործող հաճախականության դիապազոնի պահանջները։ Քալկոգենիդային ապակու տարբեր բանաձևերն ունեն տարբեր թափանցելիության պատուհաններ: 8–12 մկմ տիրույթում կիրառությունների համար As-Se համակարգերը, որպես կանոն, բավարար են: 14 մկմ-ից ավելի մեծ կարիքների համար անհրաժեշտ են թելուր պարունակող կամ ավելի բարձր սելեն պարունակող բանաձևեր: Եթե հիմքի բանաձևը սխալ է ընտրված, և թափանցելիությունը չի համապատասխանում պահանջներին, ապա հետագա ծածկույթի ոչ մի գործընթաց չի կարող փոխհատուցել դա:

2. Մեխանիկական միջավայրի պահանջներ։ Ֆիքսված ներքին տեղադրման համար կարող են օգտագործվել չծածկված քաղկոգենիդային ապակե հիմքեր, որոնց դեպքում DLC ծածկույթը ավելացնում է ծախսերը: Արտաքին, ավտոմոբիլային, օդային կամ ծովային կիրառությունների համար, որոնք ներառում են ավազ, փոշի, անձրև կամ թրթռում, DLC ծածկույթը կարևոր է: Ծածկույթի անհրաժեշտությունը որոշվում է աշխատանքային միջավայրով, ինչպես նաև DLC շերտի հաստության և կարծրության բնութագրերով:

3. Փոխզիջում փոխանցման և արգելափակման միջև։ Քալկոգենիդային ապակե ֆիլտրերի թափանցելիությունը կախված է թե՛ հիմքի կլանումից, թե՛ մակերևույթի անդրադարձումից: Հակաանդրադարձնող ծածկույթները կարող են զգալիորեն բարելավել գագաթնակետային թափանցելիությունը, սակայն դրանց նախագծումը պետք է դիտարկել DLC շերտի օպտիկական բնութագրերի հետ միասին. դրանք չեն կարող օպտիմիզացվել առանձին:

Ռազմական ջերմային պատկերման համակարգերի դետեկտորային պատուհաններից մինչև քաղաքացիական գազային վերլուծիչների ֆիլտրային առջևի մասերը, միջինից մինչև հեռավոր ինֆրակարմիր դաշտում քաղկոգենիդային ապակու լայն կիրառման շրջանակը արտացոլում է այս նյութի եզակի ֆիզիկական հատկությունները. շատ քիչ նյութեր կարող են միաժամանակ պահպանել բարձր թափանցելիություն, վերամշակելիություն և ծախսերի վերահսկման ողջամիտ աստիճան ամբողջ 8-14 մկմ պատուհանի ընթացքում։

Սա պայմանավորված չէ նրանով, որ ոչ ոք այլընտրանքներ չի փնտրել, այլ նրանով, որ մոլեկուլային ֆիզիկան այստեղ բարձր շեմ է սահմանում, և քաղկոգենիդային ապակին պատահաբար հատում է այն։

Արհեստական ​​բանականության կողմից ստեղծված պատկերներ

Բազմաինֆրակարմիր, ազգային մակարդակի «Փոքրիկ հսկա» մասնագիտացված և բարդ ձեռնարկություն, որն ունի ավելի քան 10,000 տեսակի ինֆրակարմիր զգայուն բաղադրիչների պահեստում, որը համապարփակ հզորությամբ դասվում է աշխարհի լավագույն 3 ընկերություններից մեկի շարքում և ինֆրակարմիր ֆիլտրի արդյունաբերության ստանդարտի առաջատար մշակողն է։

Կայք՝ www.mirhz.com | Համաշխարհային կայք՝ www.miroptech.com