Линзы тепловизоров

Сегодня мы немного приподнимем завесу тайны и постараемся на бытовом языке рассказать, чем секрет. Но говорить мы будем не о тепловизорах в целом, а о его ключевых деталях, а именно о линзах, которые позволяют нам видеть инфракрасное излучение.

Германиевые линзы. Наиболее распространенным материалом для изготовления линз тепловизора является редкоземельный элемент германий (Ge). Германий достаточно распространенный химический элемент, но вся хитрость в том, что он «размыт» в других породах и не встречается в чистом виде. Обычно его концентрация составляет сотые доли процента. Содержание германия в цинковых, свинцово-цинковых и медно-цинковых рудах выше и это позволяет получать его в промышленных масштабах. Так и делают в большинстве стран Европы и США. В России и Китае германий получают путем сжигания углей. Выделяют летучие окиси германия, оседающие на золе после сжигания топлива.

Германий по своим технологическим свойствам наиболее подходящий материал для изготовления оптики применяемой в производстве линз тепловизоров. Диапазон пропускаемого им инфракрасного излучения составляет 1,8-23 мкм. Этот диапазон позволяет обнаруживать объекты за счет их собственного излучения.

Так же германий активно используется в производстве оборудования для волоконно-оптической промышленности. В связи с интенсивным ростом сетей 4G и 5G потребность в этом материале растет год от года, а, следовательно, и цена на этот минерал и его производные продолжает бить рекорды на биржах.

На дороговизну Германия так же влияет и то, что основные запасы руд богатых германием расположены на территории Китая. Китай понимая стратегическую важность этого сырья запретил его вывоз из страны в чистом виде. Это означает, что германий из поднебесной можно вывозить только в составе изделий.

Раз уж металл германий дорожает год от года, то мировая научная общественность не могла не задаться целью найти альтернативные решения для удешевления производства тепловизоров и прочей ИК оптики. Этой альтернативой стал селенид цинка.

 Селенид цинка – это твердое светло-желтое вещество, применяемое в производстве оптики. Разработан этот материал был еще в 80 е года 20 века, когда между СССР и США велась активная конкурентная борьба в сфере разработки и внедрения лазеров. Собственно, в сфере лазерной техники и трудился этот материал до недавнего времени, где его активно использовали в лазерных резаках.

О материале снова вспомнили, когда цена на редкоземельный германий применяемый в тепловизорах подскочила с 400 до 1500 долларов за килограмм. По своим оптическим свойствам селенид цинка (ZnSe) схож с германием, а производство его менее затратно.

Сегодня этот материал активно используется для выпуска компонентов тепловизионной техники. Так же селенид цинка и по сей день применяют в изготовлении лазеров повышенной мощности. Поликристаллический селенид цинка активно используется в приборах ночного видения и тепловизионных системах. Ввиду активного распространения тепловизионной техники как в инженерной, так и в медицинской сфере, селенид цинка будет и далее востребован при производстве приборов, работающих с ИК излучением.

Еще одной альтернативой германиевым линзам стали халькогенидные стекла. Это материал, разработанный на основе халькогенов – соединений из сульфидов, селенидов и теллуридов (особо чистых мышьяка и серы). Чаще других разновидностей этого материала применяются соединения мышьяка. Халькогенидные стекла это относительно новый материал в электронной и оптической промышленности. Халькогенидные стекла передают инфракрасное излучение в диапазоне 2 — 10 мкм.

Главным преимуществом нового материала является его технологичность. Если германиевые и селенидные стекла необходимо обрабатывать механически или по-простому точить, то халькогенидные стекла можно изготавливать простым прессованием. Это делает их значительно дешевле упомянутых выше аналогов. Не так давно халькогениды широко применялись при производстве DVD-дисков. Еще одним важным преимуществом стекла является повторяемость качества изделий от партии к партии. Добиться таких результатов при «выращивании» германиевых кристаллов и кристаллов селенида цинка крайне сложно.

Халькогениды пока проигрывают по некоторым показателям своим старшим собратьям, но с развитием технического прогресса и технологий у них есть все шансы потеснить германий и селенид в производстве тепловизоров.