紅外光學(xué)材料的現(xiàn)狀與發(fā)展

1.引言

　　紅外材料技術(shù)與微電子技術(shù)的結(jié)合，極大地推動(dòng)了紅外成像與紅外制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展。紅外技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展，又促進(jìn)了紅外材料技術(shù)的發(fā)展及進(jìn)步。對(duì)紅外材料的耐高溫、高強(qiáng)度、大尺寸、化學(xué)及物理穩(wěn)定性等提出了一系列更高要求。

　　紅外光學(xué)材料是指在紅外成像與制導(dǎo)技術(shù)中用于制造透鏡、棱鏡、窗口、濾光片、整流罩等的一類(lèi)材料。這些材料具備滿(mǎn)足需要的物理及化學(xué)性質(zhì)，即主要指標(biāo)為: 良好的紅外透明性與較寬的透射波段。一般來(lái)說(shuō)，紅外光學(xué)材料的透過(guò)波段和透過(guò)率與材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特別是能級(jí)結(jié)構(gòu)及化學(xué)鍵有密切關(guān)系。例如，對(duì)于晶體材料，其短波吸收限,主要取決于禁帶寬度，而長(zhǎng)波限取決于聲子吸收即晶格振動(dòng)吸收。而晶格振動(dòng)的頻率T與吸收長(zhǎng)波限相關(guān)，即振動(dòng)頻率T越低，長(zhǎng)波限值越長(zhǎng)。對(duì)于金剛石結(jié)構(gòu)的晶體材料，在紅外波段內(nèi)沒(méi)有較強(qiáng)的一次晶格振動(dòng)諧波，面高次諧波吸收較弱，因而金剛石結(jié)構(gòu)晶體有較好的透過(guò)率及較寬的頻段特性。

　　對(duì)于晶體材料，若不考慮雜質(zhì)與缺陷 ( 氣孔等) ，從理論上講，大多數(shù)單晶材料與多晶材料紅外透明性能幾乎一致。因而多晶制備技術(shù)，特別是多晶熱壓、 PVD、CVD 制備技術(shù)得到了長(zhǎng)足發(fā)展。由于多晶性能與單晶一致，不存在解理面，其機(jī)械強(qiáng)度、抗熱沖擊、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)于單晶，可以做到很大尺寸等，在一些領(lǐng)域已取代了單晶材料。

　　對(duì)于玻璃及塑料，其透射波段及透過(guò)率與原子及分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，但由于其結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)程無(wú)序，它的短波及長(zhǎng)波吸收限與禁帶寬度及聲子吸收的對(duì)應(yīng)關(guān)系較為模糊。玻璃與塑料的應(yīng)用與研究是近年來(lái)活躍的領(lǐng)域。

　　紅外材料今天已發(fā)展成了一個(gè)龐大的家族，其技術(shù)復(fù)雜、多樣，令人目不暇接。本文僅對(duì)幾種重要的紅外材料近年來(lái)應(yīng)用及發(fā)展情況作一介紹。

　　2 晶體材料

　　晶體材料是人們最早使用的一類(lèi)紅外光學(xué)材料，也是目前主要使用的光學(xué)材料。晶體材料包括離子晶體與半導(dǎo)體晶體，離子晶體包括堿鹵化合物晶體，堿土) ) ) 鹵族化合物晶體及氧化物及某些無(wú)機(jī)鹽晶體。半導(dǎo)體晶體包括?族單元素晶體、ó~?族化合物和 ò~ ? 族化合物晶體等。離子型晶體通常具有較高的透過(guò)率，同時(shí)有較低的折射率，因而反射損失小，一般不需鍍?cè)鐾改?，同時(shí)離子型晶體光學(xué)性能受溫度影響也小于非離子型晶體。半導(dǎo)體晶體屬于共價(jià)晶體或某種離子耦合的共價(jià)鍵晶體。晶體的特點(diǎn)是其物理和化學(xué)特性及使用特性的多樣性。晶體的折射率及色散度變化范圍比其它類(lèi)型材料豐富得多。可以滿(mǎn)足不同應(yīng)用的需要，有一些晶體還具備光電、磁光、聲光等效應(yīng)，可以用作探測(cè)器材料。關(guān)于探測(cè)器材料，由于篇幅，本文不作介紹。