红外光学的制造技术

　　作者：波长光电董事长  黄胜弟先生

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　　红外波段泛指900nm以上到25um的范围，人眼（400nm-700nm可见光）在这波段无法感应。采用对热辐射敏感的材料如非晶硅(α-Si)、氧化钒(OVx)、碲镉汞(MCT)、砷镓铟InGaAs、硒化铅(PbSe)、砷化镓（GaAs）等制作探测器,可以对有温差的物体进行热辐射探测或成像。

　　如同可见光成像，红外成像也是通过透镜组汇聚被探测的光信号到探测器上，再由探测器及其后道进行光信号到电信号的的转换。探测器和应用领域不同，光学系统所使用的透镜材料亦不同。针对不同红外透镜材料的特性，加工手段和工艺装备也各不相同。本文基于作者多年红外产业的经验，结合当今发展趋势，为读者做一简单介绍。由于为一家之言，难免有不妥之处，还请不吝指出。

　　红外材料

　　典型的红外光学材料有晶体材料如Ge、Si、ZnS、 ZnSe、CaF2等，硫系玻璃IRG-2、IRG-4、IRG-6<AMTIR- 1、AMTIR-II等，一些900nm以上透光的玻璃材料如红外石英玻璃、蓝宝石，还有红外透光的塑料如有机玻璃、聚乙烯、聚四氟乙烯。

　　Si是一种用于3-5um很好的单晶材料，材质脆硬。

　　Ge在8-12um部分使用的更为普遍。当时由于矿产资源的保护，Ge的价格越来越高，资源也越来越少。

　　这也引出了现在的硫系玻璃材料，是采用硫、锗、砷等不同的配比达到红外透光的效果，并且由于可以模压，因此在大量制造领域，其有着巨大的需求。

　　CaF2是一种从可见光到红外都透光的材料，对于温度环境很敏感，尤其是温差的变化容易导致破裂。他用于消色差的场合以及短波红外有着极好的前景。而在大众化的消费品红外运用中，红外塑料由于可以注塑价格低廉受到青睐。

　　光学冷加工

　　如同可见光玻璃类的加工，红外球面镜片可以通过传统抛光方式制造。根据面形和直径的大小，可以选择二轴机，4轴机，或者更多的16轴机器。

　　CNC设备也是另外一套加工工艺，比如以德制设备为主的SatisLoh、Schneider和Optotec，或者美国OptiPro 都可以实现CNC精密编程抛光，除了球面，还有非球面的抛光。

　　根据不同的材料，选用的抛光粉可以是氧化锶，白刚玉，金刚石微粉等。然而，最普遍的还是采用多轴超精密单点车床直接在晶体或玻璃塑料甚至金属表面上车出抛光级别的表面。其表面粗糙度可以达到20A-200A不等（看材料和工艺）。最主要的，单点车床可以车出衍射面（二元面），无论在Ge, 还是Si、ZnSe、ZnS、 CaF2、硫系玻璃、塑料等。相比于加工效率，单点车优于CNC光学抛光机。

　　另外，超声波或者激光辅助单点车的加工工艺，已经证明可以直接在材料表面车削出表面品质达到要求的镜片，并且这些辅助加工技术都受到专利的保护。

　　真空镀膜

　　红外镀膜是另一个尖端的科技，红外的应用场景变化多端，有的在炎热的撒哈拉沙漠高达70-80度，有的用于天寒地冻的北欧南极零下30-40度。风沙，雨水，海潮盐雾，都对镜头尤其是第一面要求很高。所以外表涂层技术至关重要。除了要有高的透过率，还要耐磨耐擦耐盐雾。因此类金刚石膜是理想的外表涂层。增透（AR） 的透过率一般平均在97%以上，金刚石膜的透过率在91% 或以上。