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，又促進了紅外材料技術(shù)的發(fā)展及進步。對紅外材料的耐高溫、高強度、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、整流罩等的一類材料。這些材料具備滿足需要的物理及化學(xué)性質(zhì)，即主要指標為: 良好的紅外透明性與較寬的透射波段。一般來說，紅外光學(xué)材料的透過波段和透過率與材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特別是能級結(jié)構(gòu)及化學(xué)鍵有密切關(guān)系。例如，對于晶體材料，其短波吸收限,主要取決于禁帶寬度，而長波限取決于聲子吸收即晶格振動吸收。而晶格振動的頻率T與吸收長波限相關(guān)，即振動頻率T越低，長波限值越長。對于金剛石結(jié)構(gòu)的晶體材料，在紅外波段內(nèi)沒有較強的一次晶格振動諧波，面高次諧波吸收較弱，因而金剛石結(jié)構(gòu)晶體有較好的透過率及較寬的頻段特性。

　　對于晶體材料，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)得到了長足發(fā)展。由于多晶性能與單晶一致，不存在解理面，其機械強度、抗熱沖擊、經(jīng)濟性等優(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。

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

　　紅外材料今天已發(fā)展成了一個龐大的家族，其技術(shù)復(fù)雜、多樣，令人目不暇接。本文僅對幾種重要的紅外材料近年來應(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機鹽晶體。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率，同時有較低的折射率，因而反射損失小，一般不需鍍增透膜，同時離子型晶體光學(xué)性能受溫度影響也小于非離子型晶體。半導(dǎo)體晶體屬于共價晶體或某種離子耦合的共價鍵晶體。晶體的特點是其物理和化學(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型材料豐富得多。可以滿足不同應(yīng)用的需要，有一些晶體還具備光電、磁光、聲光等效應(yīng)，可以用作探測器材料。關(guān)于探測器材料，由于篇幅，本文不作介紹。