ერთი სტატია გასაგებად: რატომ არის ქალკოგენიდური მინა შეუცვლელი ძირითადი მასალა საშუალო და შორეული ინფრაწითელი ოპტიკური ფილტრებისთვის

ჰკითხეთ ნებისმიერ ინფრაწითელ ოპტიკურ ინჟინერს, რა არის მასალის შერჩევის ყველაზე რთული პრობლემა საშუალო და შორეულ ინფრაწითელ დიაპაზონში და, სავარაუდოდ, იგივე პასუხს მიიღებთ: ისეთი მასალის პოვნა, რომელიც ერთდროულად მაღალი გამჭვირვალობით გამოირჩევა საშუალო და შორეულ ინფრაწითელ დიაპაზონში, საკმარისად მექანიკურად მდგრადია და შეუძლია რეალურ სამუშაო გარემოში გადარჩენა, უკიდურესად რთულია.

გერმანიუმი კარგია, მაგრამ ძვირია და შეზღუდული დიაპაზონით. ფტორის კრისტალებს აქვთ ფართო გამტარობის დიაპაზონი, მაგრამ ისინი უკიდურესად ჰიგროსკოპიულია და იწყებენ დაშლას ოდნავ ნოტიო პირობებშიც კი. სილიციუმი საკმაოდ კარგად მუშაობს შუა ინფრაწითელ დიაპაზონში, მაგრამ მისი გამტარობა შესამჩნევად ეცემა 8 მკმ-ს ზემოთ და ხდება უვარგისი უფრო გრძელი, შორეული ინფრაწითელი ტალღის სიგრძეებისთვის.

ქალკოგენიდური მინა ამ შერჩევის დილემის რამდენიმე სისტემური გადაწყვეტიდან ერთ-ერთია.

რა არის ქალკოგენიდური მინა და რატომ არის ის გამორჩეული საშუალო და შორეულ ინფრაწითელ დიაპაზონში?

ქალკოგენიდური მინა ამორფული მინის მასალაა, რომელიც ძირითადად შედგება VI ჯგუფის ელემენტებისგან - გოგირდისგან (S), სელენისგან (Se) და ტელურიუმისგან (Te). ტიპური შემადგენლობებია As–S, As–Se, Ge–Sb–Se, Ge–As–Se–Te და სხვადასხვა ფორმულირებები.

შუა და შორეულ ინფრაწითელ დიაპაზონში მისი შესანიშნავი გადაცემის ფუნდამენტური მიზეზი მისი ქიმიური ბმების შედარებით დაბალი ბმის ენერგიაა.

ინფრაწითელი გადაცემა განისაზღვრება მასალის ფონონის ზღვრული სიხშირით — ატომებს შორის ქიმიური ბმების ვიბრაციული სიხშირე განსაზღვრავს ინფრაწითელი სინათლის შთანთქმის ზღვარს. ბმის დაბალი ენერგია და ატომური მასის მაღალი დონე იწვევს ფონონის სიხშირეების დაბალ დონეს, რაც მასალას საშუალებას აძლევს, უფრო გრძელი ინფრაწითელი ტალღის სიგრძეები გადასცეს.

ქალკოგენურ ელემენტებს მაღალი ატომური მასა აქვთ. როდესაც ისინი ქიმიურ ბმებს ქმნიან დარიშხანთან, გერმანიუმთან და სხვა ელემენტებთან, ბმის ენერგია დაბალია და ფონონის გამყოფი სიხშირე შეიძლება 10 მკმ-ს გადააჭარბოს ან კიდევ უფრო მეტხანს გაგრძელდეს. ეს ქალკოგენიდურ მინას საშუალებას აძლევს შეინარჩუნოს მაღალი გამტარობა მთელ 8–14 მკმ გრძელტალღოვან ინფრაწითელ ფანჯარაში და მის მიღმა. ამის საპირისპიროდ, ოქსიდურ მინებს, როგორიცაა SiO₂, აქვთ მაღალი Si–O ბმის ენერგია, ფონონის გამყოფი სიხშირეები დაახლოებით 4–5 მკმ-ია, რაც მათ სრულიად გაუმჭვირვალეს ხდის გრძელტალღოვან ინფრაწითელში - სწორედ ამიტომ შეუძლებელია თერმული ვიზუალიზატორით ჩვეულებრივი მინის მეშვეობით არაფრის დანახვა.

ქალკოგენიდური მინის სხვადასხვა ფორმულირებას განსხვავებული გამტარობის დიაპაზონი აქვს. გოგირდზე დაფუძნებულ სისტემებს (მაგ., As₂S₃) აქვთ გამტარობის ფანჯარა დაახლოებით 0.6μm-დან 11μm-მდე. სელენზე დაფუძნებულ სისტემებს (მაგ., As₂Se₃) შეუძლიათ 15μm-ზე მეტი დიაპაზონის გაშლა. ტელურიუმზე დაფუძნებულ სისტემებს კიდევ უფრო ფართო გამტარობა აქვთ, რომელიც 20μm-ზე მეტ დიაპაზონს აღწევს. ეს რეგულირების შესაძლებლობა ქალკოგენიდურ მინას საშუალებას აძლევს დაფაროს მრავალი გამოყენების დიაპაზონი - საშუალო ტალღიდან გრძელტალღამდე და ძალიან გრძელტალღოვან ინფრაწითელამდეც კი - რაც გაცილებით მეტ მოქნილობას გვთავაზობს, ვიდრე ნებისმიერ ერთკრისტალურ მასალას.

შედარება გერმანიუმთან: თითოეულს აქვს თავისი ძლიერი მხარეები, მაგრამ ქალკოგენიდური მინა უნიკალურ შეუცვლელობას გვთავაზობს.

გერმანიუმი საშუალო და შორეული ინფრაწითელი ოპტიკაში ყველაზე ფართოდ გამოყენებული მასალაა. მისი გარდატეხის ინდექსი 8–14 მკმ-ზე დაახლოებით 4.0-ია, რაც უზრუნველყოფს სინათლის შეგროვების შესანიშნავ შესაძლებლობას, რაც მას თერმული ვიზუალიზაციის ლინზებისთვის ძირითად არჩევნად აქცევს.

თუმცა, გერმანიუმს სამი მნიშვნელოვანი შეზღუდვა აქვს:

პირველ რიგში, ფასების ცვალებადობა. გერმანიუმი იშვიათი ლითონია, რომელსაც გლობალური მიწოდება მაღალი კონცენტრირებით აქვს. ექსპორტის პოლიტიკისა და მოთხოვნის გავლენის ქვეშ, მისი ფასი შეიძლება რამდენიმე წელიწადში გაორმაგდეს ან განახევრდეს, რაც მიწოდების ჯაჭვისთვის მნიშვნელოვან რისკებს ქმნის.

მეორეც, შეზღუდული სიმტკიცე. გერმანიუმს ვიკერსის სიმტკიცე დაახლოებით 780HV აქვს. ქვიშის, მტვრის ან წვიმის პირობებში, ზედაპირი მგრძნობიარეა ცვეთა-ნაკაწრების მიმართ, რაც ზღუდავს მის ხანგრძლივ მომსახურებას, როგორც ფანჯრის ან ფილტრის სუბსტრატის, უფრო მყარ მასალებთან შედარებით.

მესამე, გადაცემის სასრული დიაპაზონი. გერმანიუმის გამტარობის ფანჯარა დაახლოებით 2–15 μm-ია, გამტარობა კი შესამჩნევად ეცემა 15 μm-ს ზემოთ.

ქალკოგენიდური მინა ამ სამ განზომილებაში განსხვავებულად მუშაობს, მაგრამ მისი უპირატესობა გადაცემის დიაპაზონში სტრუქტურულია - ძალიან გრძელი ტალღის ინფრაწითელ დიაპაზონში 12 მკმ-ზე მეტი დაფარვის საჭიროებისთვის, ქალკოგენიდური მინა ერთ-ერთი იმ მცირერიცხოვან პრაქტიკულ არჩევანს წარმოადგენს. გარდა ამისა, როგორც ამორფული მასალა, ქალკოგენიდური მინა შეიძლება მასობრივად წარმოებული იყოს რთულ ზედაპირულ პროფილებად ჩამოსხმის პროცესების მეშვეობით, წარმოების ხარჯებით, გერმანიუმის ზუსტი დამუშავებასთან შედარებით, რაც მას კარგად ვარგისს ხდის ფართომასშტაბიანი სამოქალაქო გამოყენებისთვის.

DLC საფარი: ქალკოგენიდური მინის სიმტკიცის ნაკლოვანების მოგვარება

ქალკოგენიდურ მინას აღსანიშნავი მექანიკური სისუსტე აქვს: მისი სიმტკიცე დაბალია, როგორც წესი, 100–200HV დიაპაზონში, რაც გაცილებით დაბალია გერმანიუმის (780HV) და სილიციუმის (1000HV) სიმტკიცეზე. დაუფარავი ქალკოგენიდური მინის ზედაპირს არ გააჩნია საკმარისი ცვეთამედეგობა ქვიშისა და მტვრის შემცველ გარე გარემოში ან ხშირი წმენდის საჭიროების მქონე სამრეწველო გარემოში, რაც ზღუდავს მის მომსახურების ვადას მკაცრ პირობებში.

DLC (ალმასის მსგავსი ნახშირბადი) საფარი ამ პრობლემის ყველაზე მოწიფული ტექნიკური გადაწყვეტაა.

DLC არის ამორფული ნახშირბადის ფენა ვიკერსის სიმტკიცით, რომელიც ჩვეულებრივ მერყეობს 1500-დან 3000HV-მდე, ხახუნის დაბალი კოეფიციენტით (მშრალ პირობებში დაახლოებით 0.05–0.15) და კარგი გამტარობით საშუალო და შორეულ ინფრაწითელ დიაპაზონში. ქალკოგენიდური მინის ზედაპირებზე დალექვისას, ის მნიშვნელოვნად ზრდის სუბსტრატის მდგრადობას ცვეთის, ნაკაწრებისა და კოროზიის მიმართ, ამავდროულად, ინფრაწითელ გამტარობაზე ზემოქმედებას 1–2 პროცენტული პუნქტით ზღუდავს.

ამ კომბინაციის მნიშვნელობა იმაში მდგომარეობს, რომ ქალკოგენიდური მინა უზრუნველყოფს ფართოზოლოვან შუა და შორეულ ინფრაწითელ გადაცემას, ხოლო DLC - მექანიკურ დაცვას. ერთად, ისინი ერთ ოპტიკურ ელემენტში აერთიანებენ ორ თვისებას, რომლებიც იშვიათად მიიღწევა ერთდროულად ერთ მასალაში - „ფართოზოლოვანი გადაცემა“ და „გარემოსდაცვითი გამძლეობა“.

MULTI IR-მა დამოუკიდებლად შეიმუშავა DLC-ით დაფარული ქალკოგენიდური მინის ფილტრები, პროცესებით, რომლებიც მოიცავს მრავალ სუბსტრატულ სისტემას, მათ შორის As–S, As–Se და Ge–Sb–Se. DLC ფირების ადჰეზია და ერთგვაროვნება სპეციალურად ამ სუბსტრატებისთვის არის ოპტიმიზირებული. სხვადასხვა ქალკოგენიდური მინის სუბსტრატსა და DLC ფირს შორის თერმული გაფართოების კოეფიციენტის შესაბამისობა მნიშვნელოვნად განსხვავდება, რაც პირდაპირ გავლენას ახდენს DLC ფენის ადჰეზიის სტაბილურობაზე - ეს არის ქალკოგენიდური მინაზე DLC საფარის ტექნიკურად ყველაზე რთული ასპექტი და წარმოების თანმიმდევრულობის კონტროლის ყველაზე რთული ნაწილი. ამჟამად, MULTI IR-ის DLC-ით დაფარული ქალკოგენიდური მინის პროდუქტები იგზავნება ისეთ სფეროებში, როგორიცაა სამხედრო ინფრაწითელი ფანჯრები, სამრეწველო თერმული ვიზუალიზაცია და საავტომობილო გრძელტალღოვანი ინფრაწითელი სისტემები.

ქალკოგენიდური მინის ფილტრების შერჩევის ძირითადი კრიტერიუმები

აპლიკაციის დონის შერჩევა, როგორც წესი, სამი რამის დადასტურებას მოითხოვს:

1. ოპერაციული დიაპაზონის მოთხოვნები. ქალკოგენიდური მინის სხვადასხვა ფორმულირებას განსხვავებული გამტარობის ფანჯარა აქვს. 8–12 μm დიაპაზონში გამოყენებისთვის, As–Se სისტემები, როგორც წესი, საკმარისია. 14 μm-ზე მეტი საჭიროებებისთვის საჭიროა ტელურიუმის შემცველი ან სელენის მაღალი შემცველობის ფორმულირებები. თუ სუბსტრატის ფორმულირება არასწორად არის შერჩეული და გამტარობა ვერ აკმაყოფილებს სპეციფიკაციებს, შემდგომი საფარის ვერანაირი პროცესი ვერ აანაზღაურებს ამას.

2. მექანიკური გარემოს მოთხოვნები. ფიქსირებული შიდა მონტაჟისთვის შესაძლებელია დაუფარავი ქალკოგენიდური მინის სუბსტრატების გამოყენება, რაც DLC საფარის ხარჯებს ზრდის. გარე, საავტომობილო, საჰაერო ან საზღვაო გამოყენებისთვის, რომელიც მოიცავს ქვიშას, მტვერს, წვიმას ან ვიბრაციას, DLC საფარი აუცილებელია. საოპერაციო გარემო განსაზღვრავს საფარის საჭიროებას, ასევე DLC ფენის სისქისა და სიმტკიცის სპეციფიკაციებს.

3. ტრანსმისიასა და ბლოკირებას შორის კომპრომისი. ქალკოგენიდური მინის ფილტრების გამტარობაზე გავლენას ახდენს როგორც სუბსტრატის შთანთქმა, ასევე ზედაპირის არეკვლა. ანტიარეკლილ საფარებს შეუძლიათ მნიშვნელოვნად გააუმჯობესონ პიკური გამტარობა, მაგრამ მათი დიზაინი უნდა იქნას გათვალისწინებული DLC ფენის ოპტიკურ მახასიათებლებთან ერთად - მათი დამოუკიდებლად ოპტიმიზაცია შეუძლებელია.

სამხედრო თერმული ვიზუალიზაციის სისტემებში დეტექტორის ფანჯრებიდან დაწყებული სამოქალაქო გაზის ანალიზატორების ფილტრის წინა ნაწილებით დამთავრებული, ქალკოგენიდური მინის ფართო გამოყენების სპექტრი საშუალო და შორეულ ინფრაწითელ ველში ასახავს ამ მასალის უნიკალურ ფიზიკურ თვისებებს: ძალიან ცოტა მასალას შეუძლია ერთდროულად შეინარჩუნოს მაღალი გამტარობა, დამუშავების უნარი და ხარჯების კონტროლის გონივრული ხარისხი მთელ 8–14 მკმ ფანჯარაში.

ეს იმიტომ არ ხდება, რომ არავის უძებნია ალტერნატივები — ეს იმიტომ ხდება, რომ მოლეკულური ფიზიკა აქ მაღალ ზღვარს აწესებს და ქალკოგენიდური მინა შემთხვევით კვეთს მას.

ხელოვნური ინტელექტის მიერ გენერირებული სურათები

მრავალ ინფრაწითელი, ეროვნული დონის „პატარა გიგანტის“ სპეციალიზებული და დახვეწილი საწარმო, რომელსაც მარაგში აქვს ინფრაწითელი გამოსხივებისადმი მგრძნობიარე 10 000-ზე მეტი სახეობა, რომელიც ყოვლისმომცველი სიმძლავრით მსოფლიოში სამ საუკეთესო კომპანიას შორისაა და ინფრაწითელი ფილტრის ინდუსტრიის სტანდარტის წამყვანი შემქმნელია.

ვებსაიტი: www.mirhz.com | გლობალური საიტი: www.miroptech.com