IR Optiken: ein Leitfaden

Wir sind von Infrarotanwendungen wie LIDAR, Nachtsichtgeräten, Wärmebildkameras oder Spektroskopie umgeben, und auch in Zukunft ist eine stetige Entwicklung von neuen Infrarotanwendungen zu erwarten. Wie die meisten Photonikanwendungen, benötigen auch Infrarotanwendungen optische Elemente.

Was sind IR Optiken?

Die kurze Antwort lautet: optische Komponenten, die im Infrarotbereich eingesetzt werden.

IR Optiken sind besonders, weil die Wellenlängen des IR-Bereichs per Definition nicht mit dem menschlichen Auge sichtbar sind. Daher sind spezielle Geräte erforderlich, um mit Ihnen zu arbeiten.

Da der Infrarotbereich sehr breit gefächert ist, können IR-Optiken je nach Anwendung in verschiedene Gruppen unterteilt werden.

Beispiele von IR Optiken

• IR Optiken mit Transparenz im sichtbaren- und im Infrarotbereich (ZnSe, CaF2, MgF2, BaF2, Quarzglas (nur NIR), Saphir (nur NIR), optisches Kronenborosilikat (nur NIR))
• IR Optiken mit Transparenz ausschließlich im IR Bereich, also intransparant für das menschliche Auge: Teflon, Silizium, Germanium
• IR-Filter: begrenzen die Infrarotübertragung auf bestimmte Bereiches des IR Spektrums.
• Infrarot-Spiegel: Reflektion von Wellenlängen des IR Spektrums
• IR Laseroptiken: Optiken die für einen Laser im IR Bereich ausgelegt sind

Optische Materialien für den Infrarot-Bereich

Vergleichstabelle IR Optiken

IR Material	Üertragungsbereich	Anmerkung	Relativer Preis
(CaF2) KALZIUMFLUORID	180nm – 8.0µm	Farblos bis hellgrau, kann in sehr feuchter Umgebung oxidieren.	€
(Al302) SAPHIR	170nm – 6.0µm	Farblos, sehr hartes Material	€
CHALKOGENID-GLAS	0.8µm – 12µm	Sehr gute IR-Transmission, Gießbar.	€: in hoher Stückzahl
(MgF2) MAGNESIUMFLUORID	200nm – 6.0µm	Bessere mechanische Eigenschaften als CaF2. Nur als optisches Fenster verfügbar.	€€
(Si) SILIZIUM	1 – 10 µm (normalerweise im Bereich von 3-5 µm)	Metallische Farbe, undurchsichtig im sichtbaren Bereich.	€€ Das Rohmaterial ist günstig, jedoch hart und deswegen die Verarbeitung teuer.
(Ge) GERMANIUM	2 – 15 µm (normalerweise im Bereich 2-12 µm)	Intransparentes Grau mit leichten Metallreflexen, gut für Ferninfrarot.	€€€
(ZnSe) ZINKSELENID	600nm – 20µm	Gelb, transparent im sichtbaren Bereich, wird in CO2-Laseranwendungen verwendet	€€€
(ZnS) ZINK-SULFID	400nm – 12µm	Weich, wird für multispektrale Anwendungen verwendet	€€€
(BaF2) BARIUMFLUORID	190nm – 10µm	Transparent im sichtbaren Bereich, außerdem auch gute UV-Durchlässigkeit	€€€€

Chalkogenidglas – gegossene IR-Optik

Infrarotoptiken stehen im Ruf, nicht billig zu sein, was ihre Anwendung insbesondere bei hohen Stückzahlen und komplexen Formen (asphärisch) einschränkt. Eine gute Alternative zu IR Materialien für den fernen IR Bereich, wie Germaniun, ist Chalkogenidglas. Chalkogenidglas, das hauptsächlich aus S, Se, As, Ge und Te besteht, hat eine niedrige Erweichungstemperatur, die es ermöglicht, dieses Material zu gießen. Während Chalkogenidglas selbst teurer ist als Germanium, kann es durch Formgebung zur Herstellung großer Mengen kostengünstiger asphärischer Optiken verwendet werden.

Chalkogenidglas wird in der Massenproduktion verwendet, z. B. bei berührungslosen Thermometern.

Auf dem Markt sind verschiedene Sorten von Chalkogenidglas mit einem optischen Index von 2,49 bis 3,13 (niedriger als Germanium) und einer Dichte von 4,4 g/cm3 bis 5,3 g/cm3 erhältlich. Die Abmessungen von geformten Chalkogenidglaslinsen können zwischen 5 und 25 mm Durchmesser liegen.

Eine weitere interessante Eigenschaft von Chalkogenidglas ist die geringe Temperaturabhängigkeit seines Brechungsindex (dn/dT), was bedeutet, dass die optischen Eigenschaften des Materials bei Temperaturänderungen stabiler sind.

Definition von Infrarot

Infrarot bezieht sich auf elektromagnetische Strahlung mit einem Wellenlängenspektrum zwischen 750 nm und 1 mm. Der Name kommt daher, dass das Infrarotspektrum Strahlungen mit kleineren Frequenzen umfasst als die kleinsten sichtbaren Wellenlängen, die das menschliche Auge als rot wahrnimmt.

Da der Bereich der IR-Strahlung recht groß ist, wird das Spektrum weiter unterteilt, wobei jeder unterteilter Bereich bestimmte Eigenschaften hat. Nachfolgend werden die einzelnen IR-Unterteilungen aufgelistet.

NIR Bereich

NIR steht für Nahinfrarot, und das bedeutet, dass es dem sichtbaren Spektrum am nächsten ist. Das NIR-Spektrum umfasst Wellenlängen in dem Bereich von 750nm bis 3µm. Diese Wellenlängen werden in der Nachtsichttechnik und der Telekommunikation verwendet.

MIR Bereich

MIR steht für den mittleren Infrarot Bereich. Dieser beinhaltet Wellenlängen von 3µm bis 50 µm. Das ist der Bereich thermischer Strahlung.

FIR

Der fern infrarote Bereich umfasst Wellenlängen von 50µm bis 1mm.

Wo können Infrarot Optiken gekauft werden?

Optischen IR-Komponenten bezieht sich auf viele verschiedene Arten von Komponenten und Materialien. Die meisten Lieferanten von Präzisionsoptik bieten optische Komponenten für Infrarotanwendungen an, während einige Lieferanten auf die Herstellung von IR-Materialien spezialisiert sind (Ge, Si, ZnSe, CaF2, MgF2 etc.).

Zögern Sie nicht, Sinoptix für Anfragen zu optischen IR-Komponenten zu kontaktieren.