Optiques IR : guide d’achat
Si vous avez entendu parler du LIDAR, de la vision nocturne, des caméra thermiques ou de spectroscopie vous devez déjà comprendre que les applications infrarouges nous entourent et sont promises à un développement soutenu sur les prochaines années. Comme la plupart des application de la Photonique, les applications infrarouges nécessitent des composants optiques.
Dans ce guide, vous trouverez tout ce que vous devez savoir sur les optiques IR:
Que sont les optiques IR?
La réponse courte est : des composants optiques utilisés à des longueurs d’ondes dans l’infrarouge. Ces composants sont particuliers car notamment les IR ne sont pas par définition visibles par l’œil humain et donc des équipements spécifique sont nécessaire pour les évaluer.
En outre, comme le spectre infrarouge est large, les optiques IR peuvent être divisés en différents groupes selon leurs applications.
Quelques exemples de composants optiques IR
Différents types de composants IR:
- Optiques transparentes dans le visible et l’infrarouge (ZnSe, CaF2, MgF2, BaF2, Silice fondue (seulement pour le NIR), saphir (seulement pour le NIR), verre optique borosilicaté Crown (seulement pour le NIR))
- Optiques IR non transparentes dans le visible, l’oeil humain ne peut pas voir à travers elles transmettent par contre les longueurs d’ondes infrarouges. (matières :Teflon, Silicium, Germanium)
- Filtres IR : limitation de la transmission infrarouge à certaines bandes de longueur d’onde.
- Miroirs IR : focalisation ou réflexion des IR
- Optiques laser Infrarouges : optiques travaillant à une longueur d’onde définie.
Illustration d’une courbe de transmission d’un filtre IR passe-bande
Matières optiques pour l’infrarouge
Tableau de comparaison des matières infrarouges
Ci-dessous vous trouverez les matières IR principales et leurs bandes de transmission respectives:
| Matière IR | Champs spectral | ASPECT & REMARques | indication prix |
|---|---|---|---|
| (CaF2) Fluorure de CALCIUM | 180nm à 8,0µm | non coloré à gris clair, matière pouvant s’oxyder en présence de forte humidité | € |
| (Al302) SAPHIR | 170nm à 6,0µm | incolore, matière très dure/ résistante | € |
| verre de CHALCOGEnure | 0,8µm à 12µm | Très bonne transmission dans l’IR, matière pouvant être moulée | € : pour grandes séries uniquement |
| (MgF2) Fluorure de MAGNESIUM | 200nm-6,0µm | Couleur du verre, meilleures caractéristiques mécaniques que le CaF2. Seulement disponible pour les fenêtres optiques. | €€ |
| (Si) SILICIUM | 1 à 10µm (matière la plus usitée sur le champ 3-5µm) | couleur métallique, non-transparent dans le visible, transmet uniquement dans l’IR | €€* |
| (Ge) GERMANIUM | 2 à 15 µm (matière la plus usitée sur le champ 2-12µm) | non transparent dans le visible, gris avec de légers reflets métalliques, bonne matière pour l’infrarouge lointain | €€ |
| (ZnSe) SELENure de zinc | 600nm à 20µm | jaune, partiellement transparent dans le visible, très utilisé pour les lasers CO2 | €€€ |
| (ZnS) Sulfure de ZINC | 400nm à 12µm | mou, utilisé pour l’imagerie multi-spectrale | €€€ |
| (BaF2) Fluorure de BARYUM | 190nm à 10µm | transparent dans le visible, jaune, bonne transparence dans l’UV | €€€€ |
* Le silicium est une matière qui existe en abondance sur la terre elle est donc peu chère, par contre du fait de sa dureté (6,5 MOHS) elle est plus difficile à travailler (dureté germanium : 6 MOHS)
Verre de chalcogénure – optiques IR moulées
Les optiques infrarouges sont réputées pour ne pas être bon marché, ce qui limite leurs applications spécialement pour les grands volumes et les formes complexes (asphériques). Heureusement, le verre de chalcogénure est une bonne alternative à des matières plus communes comme le germanium pour l’infrarouge lointain. Le verre de chalcogénure, principalement composé de S, Se, As, Ge et de Te dispose d’une température de ramollissement faible ce qui permet à cette matière d’être moulée facilement.
Bien que le verre de chalcogénure puisse être en soit plus cher que qu’un bloc de germanium, en le moulant nous pouvons fabriquer de grandes quantités de composants et donc de disposer de prix pièces plus abordable.
Le verre de chalcogénure est utilisé pour les composants IR des équipements de grande consommation comme les thermomètres sans contact.
Il y a différents grades de verre de chalcogénure disponible sur le marché avec des index optiques variants de 2,49 à 3,13 (plus faibles que le Ge) et des densités comprises entre 4,4 g/cm3 et 5,3g/cm3. Les dimensions des composants optiques moulés en verre de chalcogénure peuvent varier de 5 à 25mm de diamètre.
Une caractéristique intéressante du verre de chalcogénure et la faible dépendance de son indice de réfraction à la température (dn/dT), ce qui signifie que les caractéristiques optiques des composants vont être relativement stables quelque soit la température d’utilisation.
Définition de l’infrarouge
L’infrarouge se reporte au radiations électromagnétiques dont les longueurs d’ondes sont situées entre 750nm et 1mm. L’appellation vient du fait que le spectre infrarouge couvre des ondes de fréquences plus faibles que les plus faibles du visible qui apparaissent rouges à l’œil humain.
Comme le spectre des radiations IR est large, des divisions supplémentaires sont opérés, chaque division disposant de ses propres caractéristiques. Ci-dessous, le détail des appelations de ces divisions de l’infrarouge:
Longueurs d’ondes NIR
NIR signifie « Near Infrared » en anglais, soit proche infrarouge, cela signifie les longueurs d’ondes de l’IR les plus proches du visible. Le champs NIR inclue les longueurs d’ondes entre 750nm et 1µm. Ces longueurs d’ondes sont utilisées pour la vision nocturne et les télécommunications.
SWIR
SWIR signifie « Short-Wavelength Infrared » en anglais, soit Infrarouge à longueurs d’ondes courtes, c’est le spectre couvrant 1 à 3µm. Les longueurs d’ondes SWIR sont utilisées pour les communications longue distances.
MWIR
MWIR signifie « Medium-Wavelength Infrared » en anglais, soit Infrarouge à longueurs d’ondes moyennes, son spectre couvre 3µm à 8µm, ce qui correspond partiellement aux infrarouges thermiques.
LWIR
LWIR signifie « Long-Wavelength Infrared » en anglais, soit Infrarouge à longueurs d’ondes longues, son spectre couvre 8µm à 15, couvre partiellement les infrarouges thermiques.
Infrarouge lointain
L’infrarouge lointain couvre le reste du spectre IR de 14µm à 1mm.
IR thermique
L’infrarouge thermique correspond aux longueurs d’ondes utilisés dans l’imagerie thermique, leur champ varie selon les applications, mais il couvre habituellement les champs MWIR & LWIR.
Où acheter des optiques IR ?
Comme nous l’avons vu les composant optiques IR couvrent différents types de composants et de matières. La plupart des fabricants d’optique de précision peuvent fournir des composants pour utilisation IR. Il y a cependant des fabricants qui se spécialisent dans les matières IR uniquement (Ge, Si, ZnSe, CaF2, MgF2 etc..).
N’hésitez pas à contacter SINOPTIX pour vos besoins en optiques IR.
