Composants optiques IR en ZnS : un guide complet
Souvent confondu avec le ZnSe (Zinc Sélénium), le sulfure de zinc (ZnS) est également un matériau très populaire pour les applications infrarouges. Comme il a une transmission plus large dans le spectre visible, il est presque incolore en qualité multispectrale pour les composants de faible épaisseur, alors qu’il présente un léger aspect jaunâtre pour la qualité FLIR.
Disque optique ZnS
Pourquoi le ZnS/Sulfure de Zinc est-il un bon matériau optique ?
Le matériau sulfure de zinc utilisé en optique a une structure cristalline cubique. Il peut être fabriqué en deux qualités : FLIR ZnS et ZnS multispectral.
Qualité FLIR ZnS
« FLIR » fait référence à Forward Looking Infrared car le matériau sera optimisé pour le spectre IR thermique de 8 à 12 µm. Le grade FLIR est fabriqué par procédé CVD (Dépôt chimique en phase vapeur) et se présentera sous forme de blocs de matériaux monocristallins. Comme mentionné ci-dessus, le matériau aura une couleur jaunâtre.
Qualité ZnS multispectrale
La qualité ZnS multispectrale est également fabriquée par CVD, mais nécessitera un post-traitement pour améliorer l’homogénéité de ses propriétés optiques sur tout le spectre de transmission, du FLIR au visible. Ce post-traitement est appelé HIP (Pressage Isostatique à Chaud). En appliquant une pression et une température élevées, le réseau cristallin est « guéri » de la plupart se ses défauts de structure.
ZnS / Sulfure de Zinc : propriétés
Tableau des propriétés du sulfure de zinc :
Courbe de transmission du séléniure de zinc
Courbe de transmission du ZnSe
| Propriété | Valeurs |
|---|---|
| Nom de la matière | Sulfure de zinc |
| Formule chimique / Élément chimique | ZnS |
| Structure de la matière | Structure cubique mono ou polycristalline |
| Couleur | Claire à jaunâtre |
| Indice de réfraction | 2,2 dans le visible (2,89 @ FLIR) |
| Champ de transmission | 370 nm à 14 µm |
| Densité | 4,09 g/cm3 |
| Dureté | 210-240 kg/mm2 |
| Module de Young | 74,5 GPa |
| Expansion thermique | 6,8*10-6 °K-1 |
| Conductivité thermique | 16,7 W/(m*°K) |
| Point de fusion | 1 293 °K (1 020 °C) |
Quel type de composant optique peut-on réaliser en ZnS ?
Bien que le sulfure de zinc soit plus dur que le ZnSe, il reste facile à traiter et offre donc de larges possibilités de composants :
-
- Fenêtres ZnS : utilisées pour les capteurs/caméras thermiques / FLIR ou comme fenêtres multispectrales.
- Lentilles ZnS : les lentilles sphériques et les lentilles asphériques ZnS sont souvent utilisées dans les systèmes de vision IR.
- Dômes ZnS : utilisés principalement pour les dômes de roquettes.
Spécifications générales des fenêtres et lentilles en ZnS
Les mentionnées ci-dessus correspondent à des spécifications génériques pour la fabrication. Une meilleure qualité de réalisation peut être disponible et doit être examinée au cas par cas.ZnS ou ZnSe lequel choisir ?Bien qu’ils portent des noms très similaires, les deux matériaux ont des spécificités.
- Le ZnSe a une absorption plus faible à 10,6 µm, ce qui en fait la matière à préférer pour les lasers CO2.
- Le ZnS a une transmission plus large dans le visible mais plus courte dans l’infrarouge lointain. La sélection doit donc être effectuée en fonction du spectre d’intérêt.
- Le ZnS est plus solide et plus résistant que le ZnSe, et est donc recommandé dans le cas où la résistance mécanique est importante.
Où acheter un composant optique IR en sulfure de zinc ?Les substrats ZnS sont naturellement très rares et la plupart des matières premières sont donc des cristaux cultivés en laboratoire. Les fournisseurs d’optiques de précision IR fournissent tous types de composants optiques en sulfure de zinc et peuvent également proposer des revêtements optiques pour des caractéristiques améliorées. N’hésitez pas à contacter SINOPTIX pour plus de détails ou demande de devis.
| Propriété | Valeurs |
|---|---|
| Dimensions disponibles | Diam 3 à D200mm |
| Tolérances dimensionnelles | +/-0,05 mm |
| Qualité de surface | S&D : jusqu’à 40/20 |
| Surface quality | jusqu’à 1/20 lambda |
| Revêtements | Multi-spectral ou AR 8-14µm |
