Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
nS-nIZ Коэффициенты дисперсии nIOfi-1 - 9 125 41 696 -
nS-nIS Длинноволновая граница прозрачности, мкм 8 ¦ >40 25 >15 12
Коэффициент поглощения на ДЛИИе ВОЛИЫ 10,6 MKM1CM4 - 0,025 0,005 - 0,005 -
Температурный коэффициент показателя преломления (dn/dt)- 10е (для излучения с Длиной волны X, мкм) +162 ().=5,0) +400 ().=5,0) -235 ().=10,6) -61 ().=0,61) 148
Температура размягчения Или плавления, 0C 1420 958,5 414,5 457,7 1237 1280
Коэффициент термического расширения а-10", К'1 3,1...4,2 6,1 58 30 5,7 18.4
Модуль упругости, Па-1010 16,4 - 15,5 19,6 - -
125 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Таблица 5.3 (окончание)
Характеристика Кремний кристаллический Германий кристаллический KPC-5 Серебро хлористое поликристаллическое Арсенид галлия Барий фтористый
Потери на отражение на двух поверхностях для излучения с длиной волиы X, мкм, % 46.1 52,9 28,4 19,5 45,0
Твердость по Кнупу, Па-107 1127 - 39,6 9,3 736 80^5
Теплопроводность, BtW1-K-1 - - 0,51 1,09 52,3 7,12
Удельная теплоемкость, Джг'К"1 0,88 0,31 - 0,35 - -
Одним из наиболее распространенных материалов ИК оптических систем является германий. Он широко используется для изготовления оптических элементов, прозрачных в диапазоне 8...13 мкм. В диапазоне 3...5 мкм он применяется для хроматической коррекции, т. е. линзы из германия используются в паре с линзами, изготовленными из других материалов. Как и кремний, германий имеет большой показатель преломления (табл. 5.3) и малую дисперсию (см. рис. 5.14), поэтому в ряде случаев германиевые объективы не нужно ахроматизировать. Если же ахроматизация требуется, то хорошие результаты дает совместное использование в объективе линз, изготовленных из герма-
126 Глава 5. Оптическая система оптико-электронного прибора
Таблица 5.4
Параметры инфракрасных стекол
Марка Диапазон пропускания Показатель преломления для ).=2 мкм, пг Коэффициент дисперсии п2-1 п2.2 ~ П1.8 Коэффициент термического расширения Ct-IO7J0C'1 Максимальная рабочая температура, 0C
ИКС-23 0,8...9 2,4261 201 246 100
ИКС-24 0,8...11 2,4098 196 182 160
ИКС-25 1,5...1,7 2,8081 130 220 100
ИКС-2 7 1,5...16 2,682 - 177 170
ИКС-28 1...12 2,7285 142 220 100
ИКС-29 1...15 2,6381 153 220 110
ИКС-30 1...11 2,5686 173 122 260
ИКС-31 1...15 2,6380 - 131 240
ИКС-32 1,5...15 3,0351 - 147 190
ИКС-33 7...16 2,673 для X=IO мкм - 225 100
ния, и линз из халькогенидных стекол, например AMTIR-I. В зеркальных и зеркально-линзовых системах, работающих в ИК диапазоне, в качестве материала для защитных элементов и коррегирующих линз часто используют германий, так как тонкие пластины и мениски или маленькие линзы обладают малыми хроматическими аберрациями.
В табл. 5.5 приведены значения показателя преломления ряда материалов, используемых для изготовления оптических систем, работающих в ИК диапазонах 3...5 и 8...12 мкм. Эти материалы освоены в производстве, сравнительно просто обрабатываются, негигроскопичны, на них достаточно легко наносятся просветляющие покрытия.
В качестве материалов для подложек зеркал, работающих в широком диапазоне температур, используется пирекс, плавленый кварц, ситаллы, бериллий и другие материалы. В табл. 5.6 приведены характеристики ряда материалов, используемых для изготовления точных крупногабаритных зеркал. Применение бериллия, отличающегося жесткостью, малой плотностью, позволяет заметно уменьшить массу зеркала. Вследствие кристаллической структуры бериллия его поверхность плохо полируется, поэтому перед нанесением на подложку отражающего слоя на ее поверхность наносят промежуточный слой никелевого сплава.
127 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Таблица 5.5
Показатели преломления ряда материалов, прозрачных в ИК области спектра
Материал Длина волны, мкм
3 4 5 8 10 12
ZnS 2.2570 2.2520 2.2460 2.2229 2.2005 2.1704
ZnSe 2.4376 2.4331 2.4295 2.4173 2.4065 2.3930
Si 3.4320 3.4255 3.4223 3.4184 3.4179 3.4157
Ge 4.0452 4.0243 4.0161 4.0051 4.0032 4.0023
As2S3 2.4161 2.4112 2.4073 2.3940 2.3816 2.3645
AMTIR-I 2.5187 2.5141 2.5109 2.5034 2.4976 2.4904
BaF 1.4612 1.4580 1.4510 - - -
MgF2 1.3640 1.3526 1.3374 - - -
Сапфир 1.7121 1.6753 1.6239 - - -
CaF2 1.4179 1.4097 1.3990 - - -
Коэффициент отражения большинства металлов увеличивается с ростом длины волны излучения. Хорошей отражательной способностью обладает алюминий. В ИК области спектра его коэффициент отражения достигает 95%. В качестве других отражающих покрытий применяются такие материалы, как золото, палладий, родий, коэффициент отражения которых в ИК области спектра достигает 95...98 %.
В качестве просветляющих покрытий можно использовать пленки пятиокиси ниобия, которые прозрачны (х > 90%) для излучения с длиной волны свыше 10 мкм. Показатель преломления п пятиокиси ниобия на длине волны X = 2,8 мкм равен 2,04, что позволяет использовать это вещество для просветления германия (п = 4,06). Германий хорошо просветляется также диоксидом церия (для X = 2...4 мкм х = 85%) и сернистым цинком (для X = 7...14 мкм х = 95%). Последний применяется и для просветления кремния. Из других материалов для просветляющих покрытий следует отметить криолит (для X = 0,2...10 мкм п = 1,34), фтористый магний (для X — 0,12...5 мкм п = 1,35), сернистый цинк (для X = 0,4...15 мкм п = 2,15) и оксид кремния (для X = 0,4...8 мкм п = 1,45.. .1,90), обладающие высокой прочностью и химической стойкостью, а также диоксиды титана, циркония.
