La performance de base d'un filtre passe - bande infrarouge - la vitesse de transmission et la profondeur de coupure dans une bande spécifique - dépend directement du choix synergique de son matériau de base et de son matériau de revêtement, ce qui nécessite une prise en compte intégrée basée sur la plage de longueurs d'onde cible, la tolérance environnementale et le coût.

I. matériau de base: la pierre angulaire des propriétés optiques et mécaniques

Le substrat est le support du filtre dont la première condition est d'être très transparent dans la bande passante cible et d'avoir des propriétés mécaniques et chimiques stables.

Infrarouge à ondes courtes (swir, 1 - 3 μm): verre optique couramment utilisé (par exemple bk7) ou quartz fondu. Ce dernier a un coefficient de dilatation thermique extrêmement faible et une meilleure stabilité environnementale.

Infrarouge à ondes moyennes (MWIR, 3 - 5 µm): le matériau principal est le germanium monocristallin (Ge), qui a un indice de réfraction élevé et une bonne transmission de la lumière, mais est coûteux et fragile; Le sulfure de zinc (ZnS) et le séléniure de zinc (ZnSe) sont d'excellentes alternatives, en particulier le ZnSe, qui a une plage de transmission extrêmement large à la fois dans le MWIR et dans l'infrarouge à ondes longues (LWIR), mais est relativement faible en dureté.

Infrarouge à ondes longues (LWIR, 8 - 14 μm): le germanium monocristallin reste important, le silicium (si) est également couramment utilisé pour 8 - 12 μm en raison de sa dureté élevée et de son faible coût; En outre, les cristaux tels que le chlorure de sodium (NaCl), le bromure de potassium (KBR) ont une plage de transmission lumineuse extrêmement large, mais sont extrêmement faciles à délier et nécessitent une protection stricte.

II. Matériaux de revêtement: la clé pour réaliser le "criblage" spectral

Le principe d'interférence en couche mince est au cœur de la réalisation de la fonction passe - bande, constituée par un dépôt alterné à la vapeur de couches de membranes diélectriques à haut indice de réfraction (h) et à bas indice de réfraction (l).

Paires de matériaux: les combinaisons classiques comprennent le germanium (Ge) comme couche h avec du monoxyde de silicium (SIO) ou du sulfure de zinc (ZnS) comme couche L. Par exemple, dans la région MWIR / LWIR, la combinaison ge / ZnS est largement adoptée en raison de sa bonne différence d'indice de réfraction et de sa durabilité environnementale.

Percées et tendances: les progrès de la science des matériaux conduisent à l'application de nouveaux matériaux:

Remplacement des oxydes: tels que le dioxyde de titane (tio₂), le pentoxyde de tantale (ta₂o₅), etc. pour le proche infrarouge, offrant un seuil de dommages laser plus élevé et une stabilité accrue.

Film mince amorphe: l'adoption de silicium amorphe (A - Si), de germanium amorphe (A - ge), etc., peut réduire les pertes de diffusion causées par les joints de grain et améliorer l'uniformité et les performances optiques.

Conception robuste et durable: en introduisant des matériaux durs tels que le carbure de germanium (GEC), le carbone diamanté (DLC) comme couche de protection ou comme composant de couche de membrane, les propriétés de résistance à l'usure et à la corrosion du filtre sont considérablement améliorées et adaptées aux environnements difficiles.

Conclusion:

La conception des filtres infrarouges modernes a évolué en une ingénierie de système. Lors de la sélection, d'abord en fonction de la bande de travail sélectionnez le substrat, puis en fonction de la précision de la bande passante, les exigences de coupure, la dureté de l'environnement (résistance à la température, résistance à l'humidité, résistance aux chocs) et le coût, sélectionnez le système de matériau de revêtement approprié et la conception du système de film. Les percées dans la science des matériaux, en particulier le développement de nouveaux matériaux de revêtement durs, à faible perte et à haute stabilité, poussent les filtres infrarouges vers des performances plus élevées, une taille plus petite, une durée de vie plus longue et une adaptabilité environnementale plus large.