、红外光学玻璃与红外晶体材料光学特性:1■晶体材料晶体材料包括离子晶体与半导体晶体离子晶体包括碱卤化合物晶体，碱土一卤族化合物晶体及氧化物及某些无机盐晶体。

半导体晶体包括W族单元素晶体、川〜V族化合物和n〜w族化合物晶体等。

离子型晶体通常具有较高的透过率，同时有较低的折射率，因而反射损失小，一般不需镀增透膜，同时离子型晶体光学性能受温度影响也小于非离子型晶体。

半导体晶体属于共价晶体或某种离子耦合的共价键晶体。

晶体的特点是其物理和化学特性及使用特性的多样性。

晶体的折射率及色散度变化范围比其它类型材料丰富得多。

可以满足不同应用的需要，有一些晶体还具备光电、磁光、声光等效应，可以用作探测器材料。

[1]按内部晶体结构晶体材料可分为单晶体和多晶体①单晶体材料表1.1 几种常用红外晶体材料[1]名称化学组成透射长波限/卩m 折射率/4.3卩m硬度/克氏密度/(g・cm3)溶解度/(g - L-3)H2O金刚石 C 30 2.4 8820 3.51 不溶锗Ge 25 4.02 800 5.33 不溶硅Si 15 3.42 1150 2.33 不溶石英晶体SiQ 4.5 1.46 740 2.2 不溶兰宝石AI2O3 5.5 1.68 1370 3.98 不溶氟化锂LiF 8.0 1.34 110 2.60 0.27 氟化镁MgF 8.0 1.35 576 3.18 不溶氟化钡BaF 13.5 1.45 82 4.89 0.17 氟化钙CaF 10.0 1.41 158 3.18 0.002 溴化铊TLBr 34 2.35 12 7.56 0.05 金红石TQ2 6.0 2.45 880 4.26 不溶砷化镓GaAs 18 3.34(8(im) 750 5.31 不溶氯化钠NaCl 25 1.52 17 2.16 35硒化锌ZnSe 22 2.4 150 5.27 不溶锑化铟InSb 16 3.99 223 5.78 不溶硫化锌ZnS 15 2.25 354 4.09 不溶KRS-5 TLBr-TLI 45 2.38 40 7.37 0.02 KRS-6 TLBr-TLCl 30 2.19 35 7.19 0.01表1.2红外多晶材料[1]材料透射范围/(1 m 折射率/5 i m 硬度/克氏熔点/ c密度/(g • m3)在水中溶解度-9.5 1.34 576 1396 3.18 不溶MgF 0.45-ZnS 0.57-15.0 2.25 354 1020 4.088 不溶--10.0 1.7 640 2800 3.58 不溶MgO 0.39-CaF2 0.2〜12.0 1.37 200 1403 3.18 微溶ZnSe 0.48 〜22 2.4 150 5.27 不溶CdTe 2〜30 2.7 40 1045 5.85 不溶常用的红外单晶材料包括Ge Si、金红石、蓝宝石、石英晶体、ZnS GaAs、MgF、NaCI、TIBr、KHS-6(TIBr-TICI) 和KHS-5(TIBr-TII) 等，具有熔点高、热稳定性好、硬度高、折射率和色散化范围大等优点，但晶体尺寸受限、成本相对较高。

常用的红外多晶包括MgO ZnS、ZnSe和CdTe、MgF多晶和CaE＞等，具有成本低、可制备大尺寸及复杂形状的优点。

适用于中红波段的玻璃光学元件主要包括铝酸盐玻璃、错酸盐玻璃和锑酸盐玻璃等体系，光学均匀性好、易于制成不同尺寸与形状，但其红外波段透射范围较窄、抗热冲击和机械冲击性能较差。

塑料在近红外和远红外具有良好的透过率，但在中红外波段透过率较低；已实现实用化的塑料包括丙烯酸脂和聚四氟乙烯，前者在常温下用于红外发光二极管等的封装材料，后者用作2~7卩m波段保护膜和小型民用红外激光器窗口材料等。

[1]表1.3常用红外光学材料的热学力学光学性质材料金刚石硒化锌硫化锌单晶锗硅氟化镁折射系数 2.38 2.40 2.19 4.00 3.42 1.35透过率/% 71 71 72 47 54 —吸收系数/cm-1 0.1 〜0.3 0.005 0.2 0.02 0.35 —禁带宽度/eV 5.48 2.7 3.9 0.664 1.11 —熔点/ c3770 1520 1830 937 1417 1261弹性模量/GPa 1050 70.9 74.5 103 130 115显微硬度/ 9000 105 250 850 1150 640(kg/mm)热传导率/ 20 〜22 0.19 0.27 0.59 1.63 0.16〔W/(cm・K):热膨胀系数/ 1.0 7.0 6.8 6.0 2.6 11.0(10-6/K)0.5 〜22 0.4 〜12 1.8 〜25 1.1 〜5.8 0.45 〜9.5透过波段/m 3.0 〜5.0，8.0 〜14.02.红外光学玻璃中波红外光学玻璃：根据成分不同，中波红外光学玻璃主要包括氟化物玻璃、氧化物玻璃（主要铝酸钙玻璃、错酸盐玻璃、镓酸盐玻璃和碲酸盐玻璃等）以及氧氟化物玻璃。

表2.1常见中波红外光学玻璃材料特性[12]基本性能-亂代物玻璃铝旌钙玻璃蒔醸盐玻頊械醸盐玻璃碼醴盐玻頊重金属氮辄菠璃Srhdt IRG1I CBMA CAB NH1.BGC；CBK1A BGG CBMACBG BVI SIOM FGc SIOM FGa SIOM FTt遥过范国^1110.25 -S0.3 - ft Q.i祐0.3-60..1 -60.3^7 2.5 -5.50.3-6U0..V7 TgfX卫4-7阴術724朗审67116-HP4371.455 1.67L755 1.7512.1fi i.7n L7I91.冲密劇& ■ nil-1)3.12 3.464.^5 4.32 3.潜5.64 4.4K 4.20 3.8]努式硯陆（kg fe T276608754 4.A5560550-470550杨氏模宣律止70107.5110. L柄,7-一=79.795.37fl -U.2S40 2760.3-0.29njo0.30脇胀系載；（1尸■ k'1）0,55S.2S.O9P0虬3 a. a116滋410.015.3热导靱0血 1.33■0.70,720,72 D.U2 D.h?fi.74血dTV(1尸--=---- 6.3 6.2-3.4S 长波红外光学玻璃：根据成分不同，长波红外玻璃主要包括硫系玻璃、卤系玻璃和硫卤系玻璃等。

表22常用长波红外玻璃材料的基本性能[3]基本性能硫系玻璃卤系玻璃硫卤玻璃转变温度T g（C）18 0〜5 0 07 5〜3 2 0110~ 3 6 0,折射率，2~3.5 1.5〜2.0 1.8〜3.0本征损耗（dB/km）10 2~10 410 -1 〜10 -310 -1 ~10 -3,化学稳定性稳定极易潮解潮解透过波长（11 m）0.9〜180.25~2O0.25~20透过率（％） 6 0〜7 08 0~907 0~80表2.3硫系玻璃材料的性能[3]表2.4卤系玻璃材料的性能[3]表2.5硫卤玻璃材料的性能[3]组成（摩尔分数，％）特征温度（C ）折射率n本征损耗（dB/k透过波长（11 m ）As 2S 3T g =1802.35Ge 25 As 15 S 60T f =4202.22m)2X104(5.5u 0.15〜12m)— 0.6〜11Ge — S As 2Se 3T g =370 T g =184 T f =3952.11 2.72 2.563.6X102(2.4 1 m)10(6.5 1 m) 10(1. 05 i m)0.15〜110.8〜17.8 0.8〜16Ge — As —Se T f = 0=2 6 7〜4 1 2 . 5 6〜2 . 7 0Ge — Sb —Se T g = =2 0 0 2 . 6 20.8〜151〜15Ge 2 5 As 2 5 Te 5 3.40Ge 18 Se 10 Te 72Ge 1s Te 822〜 -181.5(10.6 i 2〜-18 m)一 2〜-19Ge 30 As 15 Se 55二、红外光学玻璃应用现状：1.元件类型中波红外光学玻璃：根据成分不同，中波红外光学玻璃主要包括氟化物玻璃、氧化物玻璃（主要铝酸钙玻璃、锗酸盐玻璃、傢酸盐玻璃和碲酸盐玻璃等）以及氧氟化物玻璃。

[12]长波红外光学玻璃：根据成分不同，长波红外玻璃主要包括硫系玻璃、卤系玻璃和硫卤系玻璃等。

[3]2.应用对象中波红外玻璃（3〜5卩m波段高透的）在民用和军用领域有十分重要的应用，比如红外对抗（IRCM）、化学物遥感、红外制导、红外侦查、高能激光武器、热像仪、夜视仪、火焰气体探测器、环境监测、空间通信等多个领域。

新一代以精确制导为主要特征的光电系统,如导弹、光雷达、机舰载红外搜索与跟踪系统（IRST）、分布式孔径系统（DAS）等,已逐步向多波段复合、宽视角、远距离和高分辨率方向发展。

长波红外玻璃具有较宽的红外透过范围，随玻璃组成变化，其透过从0.25扩展到14〜20 ，可用于能量控制、热点探测、电路检测、温度监视以及夜视等。

硫系玻璃的主要应用领域是探测物体和人在环境温度下所发生的辐射(在10ym处最为灵敏)、热成像以及8〜13y m透过窗口等，硒锑红外玻璃透过范围非常适合这一区域的热成像；卤系玻璃则主要用于传输CO 2激光器激光，以满足医疗、材料精加工等方面的需要。

3.加工方法熔融-淬冷法由于硫系玻璃熔体在高温下极易氧化，故在玻璃制备过程中，应将原材料置于真空密封的石英管中熔制。

样品的制备经过原料预处理、石英管预处理、称重、配料、石英管抽真空、封装、熔制、淬冷、退火、切割、研磨、抛光等过程。

[14]精密模压成型从结构上分析，硫系玻璃与晶体红外材料的一个重要差别在于前者为非晶态而后者为晶体•晶体材料在加热至熔点时直接由固态转变为液态，因此不存在模压的可能性•而非晶态材料与塑料相似，在加热过程中粘度逐渐降低，直至进入能按照模具提供的形状通过压制而精确成型的最佳粘度范围•换言之，硫系玻璃适用于精密模压成型工艺，该工艺的成本显然要比用于晶体加工的单点金刚石车削工艺低得多，由此为红外夜视仪的商业应用奠定了基础•与晶体类红外材料相比，玻璃类材料的最大优势就是成型工艺简单，可利用精密模压成型工艺直接加工包括球面、非球面和非球面射棱镜在内的多种玻璃红外光学元件，使加工成本较晶体材料显著降低。

与传统的氧化物光学玻璃相比，硫系玻璃制备具有很强的工艺特殊性，它一般需要在无氧真空气氛的圆柱形密闭石英安瓿中进行高温(800~1 000 C )摇摆熔制，无法进行机械搅拌。

硫系玻璃生产制备工艺主要包括原料提纯、高均匀性玻璃熔制、脱模、退火四大环节。