Инфракрасная оптика: линзы, окна и зеркала для диапазонов NIR, SWIR, MWIR и LWIR

Алкор Текнолоджиз — российский производитель инфракрасной оптики полного спектра — линз, окон, зеркал, призм, ATR-элементов и светоделителей — для всех ИК-диапазонов от 0.7 до 25 мкм на собственном производстве в Санкт-Петербурге. Работаем со всеми ключевыми ИК-материалами: германий (Ge), кремний (Si), селенид цинка (ZnSe), сульфид цинка (ZnS), CaF₂, BaF₂, MgF₂,KBr, сапфир, кварц КИ/JGS-3. Покрытия AR для диапазонов 3–5 мкм и 8–14 мкм, DLC-покрытие для фронтальной оптики в агрессивных условиях. Серийный выпуск — тысячи деталей в месяц. Единичные прототипы — от 1 штуки. КП в течение 24 часов.

Присылайте чертежи и запросы по электронной почте sales@alkor.net, наши специалисты помогут подобрать оптимальный материал под вашу задачу.

Четыре ИК-диапазона: что такое NIR, SWIR, MWIR и LWIR

Инфракрасный диапазон охватывает длины волн от 700 нм до ~25 мкм. Инфракрасный диапазон длин волн можно разделить на четыре меньших спектра: ближний инфракрасный диапазон (NIR) в диапазоне 700–900 нм, коротковолновый инфракрасный диапазон (SWIR) в диапазоне 900–2300 нм, средневолновой инфракрасный диапазон (MWIR) в диапазоне 3000–5000 нм и длинноволновый инфракрасный (LWIR) — 8000–16000 нм.

Каждый диапазон определяет выбор материала, покрытия и конструкции оптики:

NIR (0.7–1.1 мкм) — ближний ИК. Граничный с видимым диапазоном. Детекторы — кремниевые CCD и CMOS. Оптика — стандартные оптические стёкла (К8, кварц), Si. Применения: ночное видение первого поколения, лидары 905 нм и 1064 нм, диодные лазеры, камеры ближнего ИК.

SWIR (1.1–2.5 мкм) — коротковолновый ИК. Детекторы — InGaAs. Оптика — кварц КИ/JGS-3, CaF₂, Si, сапфир. Применения: сортировка материалов, контроль качества в пищевой промышленности, видение сквозь дым и туман, лидары 1550 нм.

MWIR (3–5 мкм) — средневолновый ИК. Первое атмосферное окно, где тепловое излучение объектов с температурой 300–700°C достигает максимума. Детекторы — охлаждаемые InSb и HgCdTe. Оптика — CaF₂, Si, сапфир, ZnSe, Ge. Применения: тепловизоры для высокотемпературных объектов, военная оптика, газоанализаторы CO₂/CH₄/CO.

LWIR (8–14 мкм) — длинноволновый ИК. Главный диапазон тепловидения для объектов с температурой около 300 K (комнатная температура). Тепловизионные объективы LWIR разработаны для совместной работы с неохлаждаемыми инфракрасными ФПА-детекторами, работающими в области длин волн 8–12 мкм. Оптика — преимущественно германий (Ge). Применения: тепловизоры наблюдения, охраны периметра, медицинской термографии.

Атмосферные окна 3–5 мкм и 8–14 мкм: почему именно эти диапазоны

Атмосфера Земли не одинаково прозрачна в ИК-диапазоне: водяной пар, CO₂ и другие молекулы поглощают излучение в определённых диапазонах. Но есть два «окна» прозрачности, в которых ИК-излучение распространяется с минимальными потерями:

3–5 мкм (MWIR-окно): Используется для тепловизоров, наблюдающих за горячими объектами (двигатели, факелы, нагретые детали). Рабочий диапазон спектра тепловизорных систем MWIR в диапазоне 3–5 мкм может быть более подходящим для наблюдения за более горячим объектом или в случае, когда чувствительность тепловизорной камеры менее важна, чем контраст.

8–14 мкм (LWIR-окно): Главный диапазон гражданских тепловизоров. Здесь находится максимум теплового излучения объектов с температурой около 300 K (комнатная температура, человеческое тело, здания). Использование тепловизионных камер LWIR является более предпочтительным для обеспечения высокой производительности тепловой визуализации из-за повышенной чувствительности к температуре окружающих объектов, а также лучшей передачи при наличии тумана и дыма.

Именно поэтому выбор оптического материала определяется прежде всего тем, в каком атмосферном окне работает система: германий — стандарт для LWIR, кремний и CaF₂ — для MWIR.

Выбор материала для ИК-оптики: полная таблица

Материал окна следует подбирать под спектр системы: германий для LWIR, кварц и сапфир для MWIR, CaF₂ и Si для SWIR.

Практическое правило по диапазонам:

— NIR/SWIR 0.7–2.5 мкм: кварц КИ, CaF₂, Si, сапфир

— MWIR 3–5 мкм: Si (лёгкий), CaF₂ (от УФ), сапфир (прочный), ZnSe (широкополосный), Ge

— LWIR 8–14 мкм: Ge (стандарт), ZnSe (CO₂-лазер), ZnS (прочные купола)

— Широкий ИК 0.6–14 мкм: ZnSe — единственный вариант без смены оптики

Продукция: полный ассортимент ИК-оптики

ИК-окна и защитные стёкла

Плоскопараллельные пластины (окна) для защиты детекторов, резонаторов, корпусов приборов. Диаметр до 200 мм, прямоугольные и нестандартные форматы.

Германиевые окна с DLC-покрытием — стандарт для фронтальных окон, морских тепловизоров, уличных систем наблюдения. Алмазоподобное покрытие защищает от дождя, песка, морской соли при сохранении максимального пропускания в LWIR.

ZnSe окна — защитные стёкла для CO₂-лазерных головок, окна газовых кювет в ИК-системах анализа газов, многодиапазонные окна FTIR-систем.

Сапфировые окна — для агрессивных химических сред, высокого давления, механических нагрузок. Твёрдость 9 по Моосу, химически инертен. Применения: защитные окна химических реакторов, иллюминаторы подводных аппаратов, авиационные смотровые порты.

Окна кювет из KBr, NaCl, KCl, ZnSe, BaF₂, CaF₂, Ge — для FTIR-спектрометров и систем жидкостного анализа. Все стандартные типоразмеры под Thermo Fisher, PerkinElmer, Agilent, Shimadzu.

ИК-линзы

ИК-линза — это компонент, оптимизированный для обработки света в инфракрасной области, включая ближнюю (NIR), коротковолновую (SWIR), средневолновую (MWIR) и длинноволновую инфракрасную (LWIR) области спектра. Производим все типы линз для ИК-диапазона: плосковыпуклые, двояковыпуклые, плосковогнутые, менисковые (стандарт для фокусирующих элементов тепловизоров), цилиндрические, асферические. Диаметр 5–100 мм, фокусное расстояние 5–1000 мм.

Ключевые применения ИК-линз:

— германиевые менисковые линзы для LWIR-тепловизоров (стандартный передний элемент объектива)

— кремниевые линзы для MWIR-систем газоанализа (CH₄, CO₂, CO в диапазоне 3–5 мкм)

— ZnSe-линзы для CO₂-лазерных станков и FTIR-систем

— CaF₂-линзы для пирометров и широкополосных систем

— Si-полусферы и гипер-полусферы для ТГц-детекторов

ИК-зеркала

Зеркала из оптического стекла (К8, кварц) с металлическими покрытиями для ИК-диапазона:

— Золотые зеркала (Au): R >97% в диапазоне 1–25 мкм — широкополосный ИК-стандарт для лабораторных и технологических систем

— Серебряные зеркала (Ag): R >96% от NIR до MWIR

- Зеркала из кремния с золотым покрытием — стандарт для CO₂-лазерных систем 10.6 мкм: Si обеспечивает жёсткость при минимальном весе, Au-покрытие — максимальное отражение в ИК.

ИК-светоделители и FTIR-пары

Светоделители из Ge, Si (естественный Френелевский 50/50), ZnSe, KBr, CaF₂, BaF₂ для FTIR-интерферометров Майкельсона. Пары светоделитель+компенсатор с нормированной разнотолщинностью. Подробнее — на странице светоделителей.

ATR/МНПВО-призмы

Германиевые и ZnSe ATR-призмы для ИК-спектроскопии с нарушенным полным внутренним отражением. Анализ сильно поглощающих образцов без подготовки: полимеры, резины, клеи, покрытия, биоткани. Подробнее — на страницах германия и ZnSe.

Области применения ИК-оптики

Тепловизоры и тепловизионные системы наблюдения (LWIR 8–14 мкм) — германиевые линзы и окна с AR 8–12 мкм и DLC для фронтальных элементов. Тепловизор позволяет разглядеть человека или животное в полной темноте, найти утечку газа на заводе или определить перегрев проводов в стене. Серийный выпуск для производителей тепловизионных модулей. Одиночные линзы для ОКР.

Пирометры и системы бесконтактного измерения температуры (MWIR 3–5 мкм и LWIR) — подбирайте материал окна под спектр: германий для LWIR, кварц и сапфир для MWIR. Azimp CaF₂ и Si — для MWIR-пирометров в металлургии, стекольном производстве, литье. Ge — для LWIR-пирометров строительной и энергетической диагностики.

Газоанализаторы и NDIR-датчики (3–5 мкм) — кремниевые и CaF₂-линзы для каналов оптического газоанализа: CO₂ (4.26 мкм), CH₄ (3.33 мкм), CO (4.67 мкм), SO₂ (7.35 мкм). Si — оптимальный материал по соотношению цена/пропускание для диапазона 3–5 мкм. ZnSe — для широкополосных систем, охватывающих несколько диапазонов одновременно.

FTIR-спектрометры (MIR 2–25 мкм) — окна кювет, ATR-элементы, светоделители, линзы конденсоров. Замена расходных компонентов для спектрометров Bruker, Thermo Nicolet, PerkinElmer, Agilent. Все материалы и типоразмеры в наличии.

CO₂-лазерные системы (10.6 мкм) — фокусирующие ZnSe-линзы для лазерных станков, защитные стёкла головок, выходные окна резонаторов. Si+Au зеркала для систем доставки луча CO₂-лазера.

Гиперспектральные камеры — широкополосная оптика из ZnSe (0.6–14 мкм) для систем, работающих одновременно в нескольких ИК-диапазонах. CaF₂ для гиперспектральных систем от УФ до MWIR.

Медицинская диагностика и безопасность — тепловизионные системы контроля температуры тела, детекторы пламени с MgF₂-окнами, системы ИК-диагностики в хирургии.

AR-покрытия для ИК-оптики

Без просветляющего покрытия ИК-материалы теряют на отражение значительную долю потока: германий — 53% с двух поверхностей, ZnSe — 29%, кремний — 46%. AR-покрытие снижает потери до <1% и критично для любой функциональной ИК-системы.

Почему выбирают Алкор Технолоджиз

Все ИК-материалы у одного производителя. Ge, Si, ZnSe, CaF₂, сапфир, кварц КИ — один заказ, одни сроки, одна ответственность. Нет необходимости дробить проект между несколькими поставщиками.

Серийное производство плюс ОКР-прототипы. Тысячи германиевых окон в месяц для производителей тепловизоров — и единичные нестандартные элементы для разработчиков новых приборов.

Замена импортных аналогов. Аналоги позиций Edmund Optics, Thorlabs, Laser Components — без изменения оптической схемы.

Заказать ИК-оптику по чертежу или ТЗ

Если вы ищете надежную инфракрасные оптические компоненты, напишите нам на sales@alkor.net . Мы готовы предложить профессиональную консультацию и поддержку на каждом этапе сотрудничества.