As principais características de um filtro de banda infravermelha - a transmissão e a profundidade de corte de uma faixa específica - dependem diretamente da escolha sinergica do material de base e do material de revestimento, o que requer considerações integrais com base na faixa de comprimento de onda alvo, tolerância ambiental e custo.

Materiais de base: pedra angular das propriedades ópticas e mecânicas

A base é o veículo do filtro, cuja principal condição é que a faixa de passagem do alvo seja altamente transparente e tenha propriedades mecânicas e químicas estáveis.

Infravermelho de onda curta (SWIR, 1-3 μm): vidro óptico comum (como BK7) ou quartzo fundido. Este último tem um coeficiente de expansão térmica extremamente baixo e uma melhor estabilidade ambiental.

Infravermelho de onda média (MWIR, 3-5 μm): o material principal é o germânio monocristalino (Ge), com alta refração e boa transmissão à luz, mas caro e frágil; O sulfeto de zinco (ZnS) e o selêneto de zinco (ZnSe) são excelentes alternativas, especialmente para o ZnSe, que tem uma faixa de permeabilidade extremamente ampla em MWIR e infravermelho de onda longa (LWIR), mas com uma dureza relativamente baixa.

Infravermelho de ondas longas (LWIR, 8-14 μm): o germânio monocristalino ainda é importante, o silício (Si) também é usado frequentemente em 8-12 μm devido à sua alta dureza e baixo custo; Além disso, o cloreto de sódio (NaCl), brometo de potássio (KBr) e outros cristales têm uma gama extremamente ampla de transmissão de luz, mas são muito fáceis de resolver e precisam de proteção rigorosa.

Materiais de revestimento: chave para alcançar a "triagem" espectral

O princípio de interferência de película fina é o núcleo para a realização da função de transmissão de banda, com a composição de camadas de membrana média de alta refração (H) e baixa refração (L) por evaporação alternada.

Emparelhamento de materiais: combinações clássicas incluem germânio (Ge) como camada H com monóxido de silício (SiO) ou sulfeto de zinco (ZnS) como camada L. Por exemplo, na região MWIR/LWIR, a combinação Ge/ZnS é amplamente adotada devido à sua boa fracção de refração e durabilidade ambiental.

Avanços e tendências: o avanço da ciência dos materiais impulsiona a aplicação de novos materiais:

Substituição de óxidos: tais como dióxido de titânio (TiO₂), pentóxido de titânio (Ta₂O5), etc. são usados ​​no infravermelho próximo, fornecendo limiares de danos a laser mais elevados e estabilidade.

Película não cristalina: o uso de silício não cristalino (a-Si), germânio não cristalino (a-Ge), etc., pode reduzir a perda de dispersão causada pela fronteira cristalina e melhorar a uniformidade óptica e o desempenho.

Design robusto e durável: através da introdução de materiais rígidos como carboneto de germânio (GeC) e carbono em forma de diamante (DLC) como componentes da camada protetora ou da camada de membrana, o filtro melhora significativamente a resistência ao desgaste e à corrosão e se adapta a ambientes difíceis.

Conclusão:

O design dos filtros infravermelhos modernos evoluiu para uma engenharia de sistemas. Ao selecionar, primeiro selecione a base de acordo com a faixa de trabalho, em seguida, de acordo com a precisão da banda de passagem, os requisitos de corte, a dureza ambiental (resistência à temperatura, à umidade, ao impacto) e o custo, escolha o sistema de revestimento adequado e o projeto do sistema de membrana. Os avanços na ciência dos materiais, especialmente o desenvolvimento de novos materiais de revestimento rígidos, de baixa perda e de alta estabilidade, estão impulsionando os filtros infravermelhos em direção a maior desempenho, tamanho menor, maior vida útil e maior adaptabilidade ambiental.