Сульфид цинка ZnS: линзы, окна FLIR и мультиспектрального класса
Алкор Текнолоджиз производит оптику из сульфида цинка ZnS — линзы, плоскопараллельные окна, клинья — из CVD ZnS марки FLIR grade и мультиспектрального ZnS (MS grade, аналог Cleartran) на собственном производстве в Санкт-Петербурге.
Сульфид цинка ZnS (MS) — это химически инертный материал высокой чистоты, нерастворимый в воде, умеренной плотности, простой в обработке и т. д. Он широко используется для инфракрасных окон, линз и других инфракрасных оптических компонентов. ZnS — это материал с хорошей однородностью и стабильностью показателя преломления, а также имеет хорошие характеристики передачи изображения в диапазоне 8–12 мкм.
FLIR grade vs Мультиспектральный ZnS
CVD-сульфид цинка производится методом химического осаждения из паровой фазы (Zn + H₂S при высокой температуре, осаждение на графитовые подложки). В зависимости от последующей обработки получаются две принципиально разные марки материала:
FLIR grade (Regular grade) — материал сразу после CVD-осаждения, без дополнительной обработки. Поликристаллический ZnS с крупным зерном, оптимизированным на механическую прочность. Материал имеет жёлто-оранжевый оттенок и непрозрачен в видимом диапазоне — визуально через него ничего не видно. FLIR grade материал особенно подходит для спектрального диапазона 7–12 мкм; типичное применение — внешние (наружные) окна ИК-оптических систем.
MS grade (Multispectral, Cleartran) — тот же CVD ZnS, но подвергнутый дополнительной обработке горячим изостатическим прессованием (HIP). Процесс удаляет гидриды цинка из кристаллической решётки, устраняет микропустоты и дефекты, в результате материал становится прозрачным как вода и приобретает однородность, близкую к монокристаллу, в диапазоне от видимого до дальнего ИК.
Мультиспектральный CVD ZnS — единственный инфракрасный оптический материал, кроме алмаза, который охватывает видимый диапазон до длинноволнового инфракрасного (LWIR), и в настоящее время является самым важным материалом для окон LWIR. ZnS окна и линзы широко используются для тепловизионных систем с высоким разрешением.
Когда выбирать FLIR grade:
— система работает только в LWIR (7–14 мкм, оптимально 8–12 мкм)
— визуальный контроль или юстировка по видимому каналу не требуются
— нужна максимальная механическая прочность и стойкость к дождевой эрозии за меньшую цену
— наружные защитные окна и купола ИК-систем — это исторически основное назначение марки
Когда выбирать MS grade:
— система должна работать одновременно в видимом и ИК-диапазонах (одна апертура для нескольких каналов)
— мультиспектральный ZnS — единственный ИК-материал, кроме алмаза, охватывающий диапазон от видимого до LWIR, что делает его пригодным для приложений, где требуется одна апертура для нескольких диапазонов длин волн
— юстировка системы по видимому лазеру при ИК-работе (лазерный дальномер + тепловизионный канал)
— мультиспектральные системы наблюдения с одним защитным куполом на несколько каналов
Продукция из ZnS
Линзы из ZnS
Производим все типы сферических линз из ZnS FLIR grade и MS grade: плосковыпуклые, двояковыпуклые, плосковогнутые, двояковогнутые, менисковые. Диаметр от 5 до 100 мм, фокусное расстояние по ТЗ. Линзы из ZnS применяются в ИК-объективах тепловизоров LWIR, в оптике FLIR-систем авиационного и морского базирования, в лазерных системах на длинах волн 2.8, 3.8 и 5.5 мкм. Оптика из ZnS используется в лазерах ИК-диапазона, приборах формирования изображения для медицинской техники, системах обнаружения и радиометрии, а также в устройствах высокоскоростных летательных аппаратов, поскольку ZnS выдерживает большие аэродинамические нагрузки без существенной деградации оптических характеристик.
Окна и плоскопараллельные пластины из ZnS
Плоскопараллельные окна диаметром до 150 мм, прямоугольные и нестандартные форматы по чертежу. FLIR grade — стандартный выбор для наружных защитных окон LWIR-систем; MS grade — там, где требуется дополнительно видимый канал. Преимущество перед германиевыми окнами — более высокая рабочая температура и стойкость к дождевой эрозии без DLC.
Клинья из ZnS
Клиновидные пластины для подавления паразитных интерференционных полос от параллельных поверхностей, а также для тонкой юстировки направления пучка в LWIR-системах. Стандартный угол клина 30', нестандартные углы по ТЗ.
Покрытия на оптику из ZnS
Без AR-покрытия ZnS теряет на отражение от двух поверхностей заметную часть потока (n ≈ 2.2 в диапазоне 8–12 мкм). Просветление критично для эффективности тепловизионных систем.
Производим ZnS окна и линзы с прочным HD покрытием с одной стороны и просветляющим AR покрытием с внутренней стороны на 8-12мкм. Tavg=>91% @ 8-12 мкм, Tavg=>83% @8-14 мкм. HD покрытие прошло тесты по стандарту GB/T 26331-2010 на соляной туман и абразивное воздействие. Возможность нанесения DLC покрытия на ZnS уточняйте у наших специалистов.
Заказать оптику из ZnS по чертежу
Пришлите чертёж или ТЗ на sales@alkor.net: тип изделия (окно/линза/купол), марка (FLIR/MS), размеры, AR-покрытие (диапазон), DLC, количество. При заказе обязательно укажите, нужна ли визуальная прозрачность — это определяет выбор марки. КП в течение 24 часов.
Основные свойства ZnS |
|
|---|---|
| Кристаллическая решетка | кубическая |
| Плотность ( 298 K, г/см3) | 4.09 |
| Температура плавления, °С (at 370 kPa) | 1820 |
| Удельное сопротивление, (ohm · cm) | ~1012 |
| Теплопроводность ( 298 K , J/( K·m·sec)) | 16.7 |
| Коэффициент термического расширения,K-1 |
373 K - 6.6 x 10-6 273 K - 7.3 x 10-6 473 K - 7.7 x 10-6 |
| Теплоемкость ( 298 K, J/(g · K)) | 0.469 |
| Твердость по Кнупу ( kg/mm2) | 250 |
| Модуль Юнга (E), GPa | 74.5 |
| Bulk modulus (K), GPa | 40 |
| Limit of elasticity, MPa | 84 |
| Коэффициент Пуассона | 0.29 |
| Химическая чистота (%) | 99.996(4N6) |
Оптические свойства ZnS MS |
|
|---|---|
| 10% границы пропускания (t=6mm) | 0.36 - 14µm |
| Термооптический коэффициент dn/dT(298-358K) |
(K-1 @ 1.15µm) - 4.6 x 10-5 (K-1 @ 3.39µm) - 4.3 x 10-5 (K-1 @ 10.6µm) - 4.1 x 10-5 |
| Коэффициент объемного поглощения |
(cm-1 @ 1.3µm) - 2.0 x 10-2 (cm-1 @ 2.7µm) - 4.0 x 10-2 (cm-1 @ 3.8µm) - 2.0 x 10-2 (cm-1 @ 5.25µm) - 4.0 x 10-2 (cm-1 @ 10.6µm) - 2.0 x 10-1 |
| Показатель преломления ZnS |
0.42µm - 2.516 1µm - 2.292 2µm - 2.266 3µm - 2.2586 5µm - 2.2475 6µm - 2.2407 7µm - 2.2230 8µm - 2.2241 9µm - 2.2134 10.6µm - 2.2014 11µm - 2.187 12µm - 2.1711 15µm - 2.106 18.20µm - 1.998 |
Сульфид цинка ZnS мультиспектральный - спектр пропускания.
Коэффициент пропускания при 1064 нм составляет не менее 70%, а коэффициент пропускания в спектральном диапазоне от 3 мкм до 5 мкм составляет не менее 69%, причем кривая пропускания гладкая без пика поглощения; Коэффициент пропускания в спектральном диапазоне от 8 мкм до 10 мкм составляет не менее 70%.
Основные достоинства кристаллического сульфида цинка – высокая термомеханическая прочность, твердость, химическая инертность и прозрачность в видимой и ИК области спектра (0.4-13.5) мкм. Оптика из ZnS используется в лазерах, работающих в ИК диапазоне на длинах волн 2.8, 3.8 и 5.5 мкм, в приборах формирования изображения для медицинской техники, в системах ИК обнаружения, а также в различных устройствах высокоскоростных летательных аппаратов, т.к. сульфид цинка выдерживает большие аэродинамические нагрузки без существенной деградации оптических характеристик.
При эксплуатации оптических компонентов, испытывающих аэродинамические нагрузки, важными характеристики являются твердость, прочность и упругие свойства материала.
Благодаря этим свойствам, сульфид цинка ZnS используется и как элемент композиционного материала для покрытия оптики из селенида цинка, т.к. ZnSe – менее прочный и менее твердый материал.