Файл: Козелкин В.В. Основы инфракрасной техники учебник.pdf

венного сапфира достигают 125—140 мм. А120з используют глав­ ным образом для изготовления различных окон и подложек для фильтров.

Подистобромистый таллий KRS-5 и хлорпстобромпстый тал­ лий KRS- 6 являются искусственными кристаллами. Кристаллы KRS-5 — оранжево-красного цвета, состоят из 44% бромистого таллия и 56% йодистого таллия, по внешнему виду похожи на цветное стекло.

Температура плавления KRS-5 — 415° С, в воде он почти но растворим. KRS-5 пропускает инфракрасное излучение почти до 40 мкм (рис. 6.7), показатель преломления меняется от 2,48 при длине волны 0,9 мкм до 2,3 при длине волны 30 мкм. Потери на отражение в линзах из KRS-5 довольно велики (до 30% при А, = 30 мкм для двух поверхностей), но эти потери можно умень­ шить путем просветления.

KRS- 6 — бесцветный кристалл, состоит из 60% хлористого таллия и 40% бромистого таллия. Кривая пропускания KRS- 6 по­ казана на рис. 6.7. Дисперсия KRS- 6 в инфракрасной области спектра выше, чем у KRS-5. Однако широкого распространения кристаллы KRS- 6 не получили, так как изготовление их слож­ нее, чем KRS-5, и качество последнего при работе в инфракрас­ ной области спектра гораздо выше.

Из KRS-5 изготовляют окна, призмы, линзы и сложные опти­ ческие системы. Следует иметь в виду, что кристаллы KRS-5 и KRS- 6 токсичны, так как материалы, пз которых они изготов­

162

ляются, ядовиты, поэтому при работе с устройствами из этих кристаллов необходима осторожность.

Бромистый (CsBr) и йодистый (Csl) цезий — бесцветные ку­ бические кристаллы, пропускают инфракрасное излучение до 40 мкм п более (рис. 6 .8 ). Оба материала мягкие, гигроскопич­ ные, хорошо растворяются в воде. Потери на отражение состав­

электромагнитных колебаний. Потери при пропускании излуче­ ния у этих материалов происходят в основном вследствие отра­ жения (до 50% при Я = 10 мкм). Для заданного спектрального участка потери на отражение можно существенно уменьшить на­

несением просветляющих пленок SiO для коротких волн п ZnS для более длинноволнового излучения (см. рис. 6 .1 0 ).

Абсолютная нерастворимость германия и кремния в воде, а также их высокая химическая стойкость позволяют широко их использовать для изготовления окон, фильтров для срезания ви­ димого излучения и различных линз.

П Е Р С П Е К Т И В Н Ы Е К РИ СТАЛ ЛИ Ч ЕСКИ Е М А Т ЕР И А Л Ы

Каждый из рассмотренных выше материалов, прозрачных в инфракрасной области спектра, имеет свои достоинства и недо­ статки, но ни один нельзя считать универсальным. Поэтому в ряде стран продолжаются изыскания новых материалов. Наи­ больший интерес представляют горячепрессованные поликристаллпческпе материалы, пли оптическая керамика, известные под маркой «Иртран» *. Эти материалы имеют высокую механиче­ скую прочность, не растворимы в воде и почти не меняют своих свойств при нагреве до высоких температур. Основные свойства материалов этого типа приведены в табл. 6 .1 .

Материалом, обладающим высокой стойкостью к термическо­ му удару и высоким температурам, является горячепрессован­ ный фторид лантана. Это — белый материал, прозрачный для 11К-пзлучения в области от 0,75 до 13—14 мкм, имеет показатель преломления 1,55 при длине волны 7 мкм. Для изготовления вы­ сокотермостойких Ш\-прозрачных деталей перспективными ма­ териалами являются нитрид бора (граница пропускания 35 мкм), иттралокс (90% окиси иттрия, 1 0 % окиси тория, граница пропус­ кания 9 мкм), цнрколпт (прессованная окись циркония высокой чистоты). Цнрколпт выдерживает температуру свыше 2000° С без заметного изменения оптических свойств.

Получение новых искусственных кристаллов и улучшение ха­ рактеристик известных материалов открывает новые возможно­ сти использования инфракрасной аппаратуры в различных об­ ластях науки п техники.

3. Пластмассы, прозрачные в ИК-области спектра

Применение пластмасс значительно упрощает и удешевляет изготовление оптических устройств для инфракрасной аппарату­ ры. Ценным свойством пластмасс является возможность изготов­ ления из них дешевой асферической оптики, позволяющей сни­ зить аберрации оптических систем.

Тонкие пленки ряда пластмасс довольно хорошо пропуска­ ют инфракрасное излучение, однако при увеличении толщины

164

Таблица 6.1

поглощение излучения возрастает л при толщине несколько мил­ лиметров пропускание пластмасс ограничивается длиной волны 3—4 мкм. Так, например, полистирольная пленка толщиной 0,025 мм имеет коэффициент пропускания инфракрасного излу­

в тонких слоях полимер метилметакрилата, или плексиглас. Спектральное пропускание фторопласта и метилметакрилата показано на рис. 6 . 1 1 .

Недостатком большинства пластмасс является их низкая теплостойкость и температурные аберрации пластмассовой оп­ тики. Это ограничивает использование пластмасс в приборах, работающих при значительных колебаниях температуры окру­ жающей среды.

4. Материалы для отражающих покрытий

Наряду с линзовыми оптическими системами в приборах ин­ фракрасной техники часто применяют зеркальные оптические системы. Высокий коэффициент отражения зеркальной системы в необходимом спектральном диапазоне обеспечивается выбо­ ром соответствующего отражающего покрытия. Такое покрытие чаще всего представляет собой тонкий слой металла, нанесен­ ный путем испарения в вакууме на лицевую поверхность отра­ жателя.

Коэффициент отражения от металлического покрытия, если луч падает перпендикулярно поверхности металла, можно найти по формуле

где п — показатель преломления металла; а — коэффициент поглощения металла.

166