​一、紅外線（xiàn）的基本（běn）知識     
紅外透鏡，紅外（wài）線同可（kě）見光一樣在本質（zhì）上都是電磁波，它的（de）波長範圍很寬（0. 7 ～ 1000 mm），按波  長又（yòu）可分為三個光譜區：
近紅外（0. 7～15 m m），中紅外（15～50mm），遠紅外（50～1000mm） 。紅外線同樣具（jù）有波粒二象性，
遵守（shǒu）波的（de）反射定律和折射定律，在一定的條件下  也會發生幹涉和衍（yǎn）射效（xiào）應。    紅外線（xiàn）與可（kě）見光不同之處是人的肉眼看不見紅外線，  
且在大氣層中對紅外波（bō）段存在（zài）一係  列吸收很低的透明波段，如 1 ～ 1.1 mm，1.6 ～ 1.75 mm ，2.1 ～ 2.4 mm ，
3.4 ～ 4.2 mm 等波段，大氣層的透（tòu）過率在 80 ％以上；8 ～ 12 mm，大氣層的透過率為60 ％～ 70 ％。這（zhè）些特點使得紅（hóng）外線
在軍事、工程技術和生物醫學上（shàng）得到許多（duō）應用。 
二、紅外材料的性能    
紅外材料應具有對（duì）不同波長紅外線（xiàn）的透過（guò）率、折（shé）射率和色散（sàn），當然（rán），材料的強度（dù）和硬（yìng）度、抗腐蝕和防潮解能力、密度、
到熱率、熱膨脹係數、比熱容等在紅外光學器件（如透鏡、棱  鏡（jìng）、濾光片和整流罩等）的製備和實用中也是需要（yào）考慮的。
材料的光譜透過率與材料的（de）結構，特別是化學鍵和原子（zǐ）量有關（guān）。 任何材料隻能在某一波  段具有較高（gāo）的透過率。
對於純的晶體（tǐ）材料，若不考慮雜質吸收的（de）話（huà），其透射短波限 s l  取決  於電子吸收，即（jí）引（yǐn）起電子從價帶（dài）激發到導帶的光吸收。
因而，一（yī）般（bān）說來，短波截至波長大致  相當於該（gāi）晶體禁帶寬（kuān）度能量對應（yīng）的光頻率。其長波透射限 1 l  主要取決於聲子吸收（shōu），
即晶格  震動吸收，它可以是一次諧波震動吸（xī）收，也可以是高次諧波震動吸收。 聲子吸收和（hé）晶（jīng）體結構、構成晶體元素的平
均分子量及化學鍵有關。 在晶（jīng）體結構相同的情況下，平均分子量（liàng）越大，則聲子吸收出現的（de）波長越長，材（cái）料的紅外透射長（zhǎng）波
截至波長 1 l  也越長。對於金剛石、 鍺、 矽等具有金剛石結構的晶體，  由於在紅外區域沒有活躍的一次諧波晶  格震動，
 高次諧波也較弱，  因而是（shì）一類透過率較（jiào）高、透射波段也較（jiào）寬的優（yōu）秀的紅外光學材料，  使用也較為普遍。 折射率和色散
是紅外光學材料的另一重（chóng）要特性。首先，折射率和反射率損（sǔn）失密切相關， 折射率越大，反射損失也越高（gāo）。
其次，對於不同用（yòng）途，對折射率有不同的要求。
例如，對於製造窗（chuāng）口和（hé）整流罩的（de）光學材料，  為了（le）減（jiǎn）少（shǎo）反射損失，要求折射率低（dī）一些； 而用於（yú）製造高放大（dà）率、 寬視場角光
學係統中（zhōng）的棱鏡、透鏡及其他（tā）光學部件（jiàn）的材料則（zé）要求折射（shè）率要高一些。 例如， 有時為了消色差或其他像差（chà）， 不但需要使（shǐ）
用不同折射率的材料作為複合透鏡，  而且對色散也  有一定（dìng）要求。作為分（fèn）光光度計中色散元件的棱鏡，  它的（de）性能直接與
材料的折射率和色（sè）散有關。除了透過（guò）率、折射率和色散外，材料（liào）的力學性能、抗腐蝕、防潮解等（děng）性能對（duì）於一個好的  光學器
件也視非（fēi）常重要的。比如，綠化鈉晶體雖然是很好的（de）紅外光（guāng）學材料，但卻容易潮解，  不宜在野外使用；鍺（zhě）也是很（hěn）好的紅（hóng）外光
學材（cái）料，但當溫度升高時，透（tòu）過率顯著下降，而（ér）且它  比較脆，軟話溫度也太低，因此用作整流罩是不合適的。
同樣，雖然金剛石的各種性能很優  異，  可是它不能（néng）做成大尺寸的器件，  而且價格過於昂貴，  所以很少有人用它來作實際
的光學（xué）材料。此外，要格外注意的是材（cái）料受熱時的子（zǐ）輻射特性，為了避免（miǎn）探測器中出現（xiàn）假信號，受（shòu） 熱材料在工作波段內的子
輻射應當很小，這在搜索跟蹤（zōng）係統中尤（yóu）其要引起重視。 在紅外光學係統中，一些常用（yòng）的部件對材料性能有不同的（de）要求。
對於探測器窗口材料，  要求在探測（cè）器的響應波段內窗口必須有很高（gāo）的透過率（因此要求吸收（shōu）率和反射率要很低）。

 

這樣能很好的（de）透過從目標來的輻射（shè），  而自身輻射卻很（hěn）小。  對於製冷探測器，  窗口必須（xū）要能很  好的與玻（bō）璃（lí）或其他探測器外殼材料（liào）相封接， 
因此熱膨脹係數要匹配（pèi），  並且窗口的透過率不（bú）應  隨溫度變化顯（xiǎn）著變化。一（yī）般窗口要暴露在（zài）空氣中，因此，它應該不（bú）怕潮，化學穩定性好，
較  長時間內不發黴（méi）、發毛，負責散（sàn）射等（děng）影響將使透過率（lǜ）降（jiàng）低。另外，窗口材料應當易於（yú）加工和  切割成各種（zhǒng）形狀。  為了減小反射（shè）損失，
可選（xuǎn）擇折射率低的（de）材料作窗口材料，  若必須折射率高  的材（cái）料，則要易於鍍增透膜。同時，窗口一般較薄（báo），材料應有足夠的強度。
對整流材料（liào）的要求是在探測器相應波段內，整流罩必須有（yǒu）很（hěn）高的透過率，自輻射（shè）應很小，以免產生（shēng）假信號。有些材（cái）料在室（shì）溫有很高（gāo）的透過率，
但（dàn）高（gāo）溫（wēn）時，由於隻有載流（liú）子吸收增  加，透過（guò）特性顯著惡化（例如鍺）  ，這種材料就不（bú）能作為整流罩。整流是安裝在飛機、導彈、  
飛船等高速飛行體的光學係統的前部，由於空氣動力加熱（rè），整流罩的溫度是很高的，因此，  要求整流罩的溶點、軟化溫度要高，
並且材料的熱穩定性要好，要能經受得住熱（rè）衝擊。整流  罩得硬度要大，這樣，一方麵有利於加工、研磨（mó）和拋光，
另一方麵不至於被飛揚的塵土和沙  石所擦傷。由於（yú）整流罩（zhào）暴（bào）露在空氣中，  因此化學穩定性要好，  要能（néng）防止大氣中的鹽溶液或（huò）腐  
蝕性氣體的腐蝕，並且不怕潮解。應當特別（bié）指出的一點是：一般的窗口尺寸較小，而整流罩  的尺寸往往較大（直徑幾十毫米到幾百毫米） ，
並且折射率要連（lián）續，以免發生散射（shè）。
因此，  常常要求整流罩用單晶（jīng）或折射率在晶粒間界沒有（yǒu）突變的均勻的多晶製成。  整流罩的曲線率往  往很大，因此要有足夠的強度，

以便於加工、裝配，並且經受住震（zhèn）動（dòng）和氣浪。對（duì）透鏡（jìng）和（hé）棱鏡（jìng）的要求是透鏡和棱鏡材料要純淨均勻，對折射率的要求較嚴，其（qí）他要求

與窗口材料差不多。不（bú）過，對熱膨脹係數的要求，隻有在浸沒透鏡中才是很重要的，以為假  使探（tàn）測器製冷，若膨脹係數匹配不（bú）好，

浸（jìn）沒透鏡和探測器可能脫（tuō）開，使反射損失增加（jiā）。對棱  鏡材料的（de）一個突出要求是它的投射波段要寬，色（sè）散要大（dà）。

高分子材料價格便宜、耐酸堿和耐腐蝕性良（liáng）好，不溶於水，在（zài）近紅外和遠紅外有良好  的透過率，這是它的優點。但是高分（fèn）子材料結構複雜，  
分子（zǐ）的振動和轉動吸收帶以及晶格震  動吸收帶（dài）正好在（zài）中紅外波（bō）段， 因此在中紅外波段塑料的透過率很低，並且塑料的軟化（huà）溫度較低，
強度不（bú）高，隻能在較低溫下做窗口和保護膜等，少數（shù）塑料可做透鏡（jìng），但（dàn）不（bú）能做（zuò）整流罩。 
塑料的（de）用（yòng）途主要在遠紅外區域，中近紅外使（shǐ）用較（jiào）少。做常用的（de）塑料是（shì）有機（jī）玻（bō）璃，  即聚甲基丙  烯酸甲（jiǎ）酯，它（tā）透可見光（guāng）和近紅外（wài），常用作保護膜、
增透膜（mó）和（hé）窗口材（cái）料。聚乙烯不透可見光，但遠紅外的透過率很高，是一種常（cháng）溫下（xià）使用的遠紅外光學材料。高密度聚丙烯比聚乙（yǐ）烯堅硬，
在中紅外某些波段有一定的透過率。