El rendimiento central del filtro de paso de banda infrarroja, la transmisión y la profundidad de corte de una banda específica, depende directamente de la selección coordinada de su material base y el material de recubrimiento, que requiere una consideración integral basada en el rango de longitud de onda objetivo, la tolerancia ambiental y el costo.

I. materiales de base: la piedra angular de las propiedades ópticas y mecánicas

El sustrato es el portador del filtro, y su primera condición es que debe ser altamente transparente en la banda de paso objetivo y tener propiedades mecánicas y químicas estables.

Infrarrojo de onda corta (swir, 1 - 3 μm): vidrio óptico común (como bk7) o cuarzo fundido. Este último tiene un coeficiente de expansión térmica extremadamente bajo y una mejor estabilidad ambiental.

Infrarrojo de onda media (mwir, 3 - 5 μm): el material principal es el germanio monocristalino (ge), que tiene un alto índice de refracción y buena transmisión de luz, pero es caro y frágil; El sulfuro de zinc (zns) y el selenio de zinc (znse) son excelentes alternativas, especialmente znse, que tiene un rango de transmisión extremadamente amplio tanto en mwir como en el infrarrojo de onda larga (lwir), pero una dureza relativamente baja.

Infrarrojo de onda larga (lwir, 8 - 14 micras): el germanio monocristalino sigue siendo importante, y el silicio (si) también se utiliza comúnmente en 8 - 12 micras debido a su alta dureza y bajo costo; Además, los cristales como el cloruro de sodio (nacl) y el bromuro de potasio (kbr) tienen un rango de transmisión de luz extremadamente amplio, pero son muy fáciles de marear y requieren una protección estricta.

II. materiales de recubrimiento: la clave para lograr el "cribado" espectral

El principio de interferencia de la película delgada es el núcleo para lograr la función de paso de banda, que se compone de una película dieléctrica de alto índice de refracción (h) y bajo índice de refracción (l) evaporada alternativamente.

Emparejamiento de materiales: la combinación clásica incluye germanio (ge) como capa H y óxido de silicio (sio) o sulfuro de zinc (zns) como capa L. Por ejemplo, en la región mwir / lwir, la combinación GE / ZnS es ampliamente utilizada por sus buenas diferencias de índice de refracción y durabilidad ambiental.

Avances y tendencias: los avances en la ciencia de los materiales han impulsado la aplicación de nuevos materiales:

Sustitución de óxidos: se utilizan en el infrarrojo cercano, como el dióxido de titanio (tioš), el óxido de tantalio (ta oš), etc., para proporcionar mayores umbrales de daño láser y estabilidad.

Películas amorfas: el uso de silicio amorfo (a - si), germanio amorfo (a - ge), etc., puede reducir la pérdida de dispersión causada por el límite de grano y mejorar la uniformidad óptica y las propiedades.

Diseño robusto y duradero: al introducir materiales duros como el carburo de germanio (gec) y el carbono en forma de diamante (dlc) como capas protectoras o componentes de película, se mejora significativamente la resistencia al desgaste y la corrosión del filtro y se adapta al ambiente hostil.

Conclusiones:

El diseño de los filtros infrarrojos modernos se ha convertido en una ingeniería de sistemas. Al seleccionar, primero se selecciona el sustrato de acuerdo con la banda de trabajo, y luego se selecciona el sistema de material de recubrimiento adecuado y el diseño del sistema de película de acuerdo con la precisión de la banda de paso, los requisitos de corte, la dureza ambiental (resistencia a la temperatura, humedad, impacto) y el costo. Los avances en la ciencia de los materiales, especialmente el desarrollo de nuevos materiales de recubrimiento duros, de baja pérdida y de alta estabilidad, están impulsando el desarrollo de filtros infrarrojos hacia un mayor rendimiento, un tamaño más pequeño, una vida útil más larga y una mayor adaptabilidad ambiental.