紅外探測(cè)器濾光片分析應(yīng)用簡(jiǎn)介

2025-03-12 派大星

紅外探測(cè)器是一種將紅外輻射(波長(zhǎng)范圍約0.75μm~1000μm)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置,其核心工作原理基于光電效應(yīng)或熱效應(yīng);常見(jiàn)一般分為光電型探測(cè)器和熱釋電型探測(cè)器;光電型探測(cè)器(如碲鎘汞、銦鎵砷)通過(guò)紅外光子激發(fā)半導(dǎo)體材料中的電子躍遷,產(chǎn)生光電流。熱釋電型探測(cè)器(如鉭酸鋰、硫酸三甘肽)利用紅外輻射的熱效應(yīng)改變材料極化狀態(tài),輸出電信號(hào)。  當(dāng)然,無(wú)論哪種類型,紅外探測(cè)器都需要通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)(透鏡、濾光片等)對(duì)入射光進(jìn)行篩選和聚焦,以提升信噪比和探測(cè)精度。

 紅外探測(cè)器濾光片分析應(yīng)用簡(jiǎn)介

(圖源網(wǎng)絡(luò),侵刪)

一、紅外光路原理與濾光片的作用

典型的紅外探測(cè)器光路結(jié)構(gòu)包括:紅外光源 → 目標(biāo)物體 → 光學(xué)透鏡組 → 濾光片 → 探測(cè)器感光面。其中,濾光片的核心作用是通過(guò)特定波段紅外光通過(guò)實(shí)現(xiàn)波段篩選,抑制背景干擾(如可見(jiàn)光、雜散熱輻射)。在多波段探測(cè)中,通過(guò)分光濾光片實(shí)現(xiàn)不同通道的信號(hào)分離實(shí)現(xiàn)光譜分離(例如氣體檢測(cè)中的多組分分析)。

 

紅外濾光片常見(jiàn)類型與應(yīng)用場(chǎng)景

濾光片類型應(yīng)用波段(典型)核心功能典型應(yīng)用場(chǎng)景
帶通濾光片3~5μm8~14μm截除非目標(biāo)波段熱成像、火焰探測(cè)、氣體分析
長(zhǎng)波通濾光片>8μm抑制短波噪聲遠(yuǎn)紅外測(cè)溫、夜視成像
短波通濾光片<3μm阻擋長(zhǎng)波熱輻射近紅外光譜分析、激光防護(hù)
窄帶濾光片特定吸收峰(如CO?的4.26μm高精度光譜提取氣體檢測(cè)(CH?、CO?、NOx等)
分光濾光片多通道(如3~5μm + 8~12μm多波段同步探測(cè)多光譜成像、環(huán)境監(jiān)測(cè)

 紅外探測(cè)器

(圖源網(wǎng)絡(luò),侵刪)

二、濾光片關(guān)鍵參數(shù)與技術(shù)要求

為滿足紅外探測(cè)需求,濾光片需滿足以下核心參數(shù)標(biāo)準(zhǔn):  

1. 光譜性能

透過(guò)率:目標(biāo)波段內(nèi)平均透過(guò)率需≥85%(窄帶濾光片中心波長(zhǎng)透過(guò)率≥90%)。  

截止深度:非通帶區(qū)域截止深度需≤0.1%(例如8~14μm帶通濾光片在可見(jiàn)光至7.5μm波段需完全截止)。  

過(guò)渡帶陡度:帶通濾光片的邊緣陡度需≤5%波長(zhǎng)偏移(如8~14μm濾光片在7.5~8μm過(guò)渡區(qū)透過(guò)率從0%升至80%)。  

硅紅外濾光片 

2. 基材選擇

近紅外(0.75~3μm):硅(Si)、石英玻璃(高機(jī)械強(qiáng)度,但需鍍膜增強(qiáng)紅外透過(guò))。  

中紅外(3~5μm):氟化鈣(CaF?)、硫化鋅(ZnS,耐高溫抗腐蝕)。  

遠(yuǎn)紅外(8~14μm):鍺(Ge,高折射率需增透膜)、硒化鋅(ZnSe,低吸收損耗)。  

 硅基材紅外濾光片

3. 鍍膜設(shè)計(jì)

硬質(zhì)多層膜(如TiO?/SiO?交替鍍層)以提升耐久性和環(huán)境適應(yīng)性。  

帶通濾光片需采用非周期性膜系設(shè)計(jì)(APF),平衡通帶平坦度和截止深度。  

 

4. 環(huán)境可靠性

溫度穩(wěn)定性:在-40℃~+85℃范圍內(nèi),光譜偏移≤±1%(軍用級(jí)要求≤±0.5%)。  

濕度耐受:通過(guò)85℃/85%RH雙85測(cè)試后,膜層無(wú)脫落、起泡。  

 

5. 光學(xué)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

光譜檢測(cè):依據(jù)MIL-PRF-13830B標(biāo)準(zhǔn),使用傅里葉紅外光譜儀(FTIR)進(jìn)行全波段掃描。  

面型精度:PV值≤λ/4@632.8nm,避免光路畸變。  

 硅紅外濾光片

三、典型應(yīng)用案例分析

例子:當(dāng)濾光片用于工業(yè)氣體泄漏檢測(cè),如需檢測(cè)甲烷(CH?)在3.3μm的特征吸收峰,可選擇CaF?作為基材(氟化鈣在紅外表現(xiàn)為高透過(guò)率,耐熱沖擊)進(jìn)行窄帶濾光片鍍膜,(中心波長(zhǎng)3.3μm±0.05μm,帶寬50nm,透過(guò)率≥90%)。

當(dāng)紅外濾光片用于人體測(cè)溫?zé)岢上?/span>時(shí),可選鍍?cè)鐾改さ逆N片,其特點(diǎn)在于兼顧高透過(guò)率與機(jī)械強(qiáng)度能夠有效抑制可見(jiàn)光干擾,聚焦8~14μm人體熱輻射波段,同時(shí)采用長(zhǎng)波通紅外進(jìn)行鍍膜方案(截止波長(zhǎng)7.5μm8~14μm透過(guò)率≥92%。

 

四、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

目前而言,針對(duì)紅外探測(cè)器濾光片主要覆蓋三個(gè)方面;

1. 超窄帶濾光片:光譜帶寬向納米級(jí)發(fā)展,支持高分辨率光譜分析。  

2. 智能可調(diào)濾光片:基于MEMS或液晶技術(shù),實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)波段切換。  

3. 耐極端環(huán)境鍍膜:適應(yīng)航空航天、深海探測(cè)等嚴(yán)苛場(chǎng)景。  

 

總的來(lái)說(shuō),紅外探測(cè)器濾光片對(duì)于紅外光學(xué)系統(tǒng)發(fā)揮著關(guān)鍵性作用,其制作到產(chǎn)品應(yīng)用都覺(jué)得著其實(shí)際的使用效果,隨著紅外技術(shù)向智能化、微型化發(fā)展,濾光片的設(shè)計(jì)與制造將持續(xù)推動(dòng)紅外探測(cè)領(lǐng)域的創(chuàng)新突破。