IR Windows 혁신: 적외선 Windows를 통한 Empower 2024
편집자: Qu Yingli – R&D 이사
편집자: Bryan Ng – 마케팅 관리자
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마지막 편집 :
광학 윈도우는 재질에 따라 특정 파장의 빛만 통과시키도록 설계된 선택적 투명 부품입니다. 이러한 윈도우는 광학적 투명도를 유지하고, 환경 조건에 견디며, 통과하는 빛의 왜곡이나 변형을 최소화하도록 세심하게 설계됩니다. 주로 정밀한 광학 부품을 보호하고, 측정을 용이하게 하며, 다양한 응용 분야에서 관찰 또는 이미징을 가능하게 하는 데 사용됩니다.
1. 광학창 및 재료 소개
광학 창은 특정 파장의 빛만 통과시키고 다른 파장의 빛은 반사, 흡수 또는 차단합니다. 광학 창은 용융 실리카, 실리콘 , 불화칼슘(CaF₂) , 게르마늄(Ge) , 염화칼륨(KCl), 브롬화칼륨(KBr), 사파이어 (Al₂O₃) , N-BK7, 셀렌화아연(ZnSe) 등 매우 다양한 재료로 만들 수 있습니다.
각 소재는 고유한 투과율 프로파일을 가지고 있으며, 이는 용도에 따라 선택됩니다. 투과율, 굴절률, 그리고 창 기판의 경도를 포함한 소재 특성은 해당 용도에 가장 적합한 창을 선택하는 데 중요한 요소가 될 수 있습니다. 적외선 창(IR 창)에 대해 자세히 알아보기 전에, 이 범주에 대한 이해를 돕기 위해 다른 유형의 광학 창도 살펴보겠습니다.
1.1 다른 창에 대한 간략한 살펴보기
가시광선 영역(350nm ~ 750nm)에서의 투과를 위해 N-BK7 및 용융 실리카는 광학 윈도우 용 기판으로 흔히 사용됩니다 . 용융 실리카는 높은 열충격 저항성과 높은 LIDT(레이저 유도 손상 임계값)를 가지고 있어 고출력 레이저 광학 장치, 가시광선 영역 이미징 시스템 및 분광학 등의 응용 분야에 이상적입니다.
| 부품 번호 | 파장 (nm) | 자재 | 지름 (mm) | 두께 (mm) | 어플리케이션 |
|---|---|---|---|---|---|
| WFS-170-3 | 1030-1090 | 융합 실리카 | 170.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WFS-150-3 | 1030-1090 | 융합 실리카 | 150.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WFS-140-4 | 1030-1090 | 융합 실리카 | 140.0 | 4.0 | 보호하는 |
| WFS-110-3 | 1030-1090 | 융합 실리카 | 110.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WFS-110-2.5 | 1030-1090 | 융합 실리카 | 110.0 | 2.5 | 보호하는 |
| WFS-104-3U | 343-355 | 융합 실리카 | 104.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WFS-104-3 | 1030-1090 | 융합 실리카 | 104.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WFS-90-3U | 343-355 | 융합 실리카 | 90.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WFS-70-9.5 | 1030-1090 | 융합 실리카 | 70.0 | 9.5 | 보호하는 |
| WFS-55-1.5 | 1030-1090 | 융합 실리카 | 55.0 | 1.5 | 보호하는 |
| WFS-50-1.5 | 1030-1090 | 융합 실리카 | 50.0 | 1.5 | 보호하는 |
| WFS-43-2G | 515-545 | 융합 실리카 | 43.0 | 2.0 | 보호하는 |
| WFS-37-7 | 1030-1090 | 융합 실리카 | 37.0 | 7.0 | 보호하는 |
| WFS-36-2 | 1030-1090 | 융합 실리카 | 36.0 | 2.0 | 보호하는 |
| WFS-30-5 | 1030-1090 | 융합 실리카 | 30.0 | 5.0 | 보호하는 |
| WFS-28-4 | 1030-1090 | 융합 실리카 | 28.0 | 4.0 | 보호하는 |
| WFS-25-3 | 1030-1090 | 융합 실리카 | 25.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WFS-22-3 | 1030-1090 | 융합 실리카 | 22.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WFS-20-2-YG | 515 - 545 / 1030 - 1090 | 융합 실리카 | 20.0 | 2.0 | 보호하는 |
| WFS-18-3 | 1030-1090 | 융합 실리카 | 18.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WFS-16-1.55-YG | 515 - 545 / 1030 - 1090 | 융합 실리카 | 16.0 | 1.6 | 보호하는 |
| WFS-15-2 | 1030-1090 | 융합 실리카 | 15.0 | 2.0 | 보호하는 |
| WFS-3.5-1E | 2940 | 융합 실리카 | 3.5 | 1.0 | 의료용 레이저 Er:YAG |
| WFS-1.5-5 | 1030-1090 | 융합 실리카 | 38.1 | 5.0 | 보호하는 |
| WFS-1-3UG | 1030-1090/515-545/343-355 | 융합 실리카 | 25.4 | 3.0 | 보호하는 |
| WBK-150-3 | 1064 | N-BK7 | 150.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WBK-128-2 | 1064 | N-BK7 | 128.0 | 2.0 | 보호하는 |
| WBK-126-3G | 532/1064 | N-BK7 | 126.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WBK-123-3 | 1064 | N-BK7 | 123.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WBK-120-3 | 1064 | N-BK7 | 120.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WBK-118-3G | 532 | N-BK7 | 118.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WBK-116-3 | 1064 | N-BK7 | 116.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WBK-116-2 | 1064 | N-BK7 | 116.0 | 2.0 | 보호하는 |
| WBK-110-2.5 | 1064 | N-BK7 | 110.0 | 2.5 | 보호하는 |
| WBK-108-2.5GR | 532 / 650 | N-BK7 | 108.0 | 2.5 | 보호하는 |
| WBK-106-3 | 1064 | N-BK7 | 106.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WBK-98-2.5 | 1064 | N-BK7 | 98.0 | 2.5 | 보호하는 |
| WBK-97-2.5 | 1064 | N-BK7 | 97.0 | 2.5 | 보호하는 |
| WBK-96-3 | 1064 | N-BK7 | 96.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WBK-86-2.5G | 532/1064 | N-BK7 | 86.0 | 2.5 | 보호하는 |
| WBK-85-2 | 1064 | N-BK7 | 85.0 | 2.0 | 보호하는 |
| WBK-84-2YG | 532 / 1064 | N-BK7 | 84.0 | 2.0 | 보호하는 |
| WBK-80-2.5 | 532/1064 | N-BK7 | 80.0 | 2.5 | 보호하는 |
| WBK-78-1.5 | 1064 | N-BK7 | 78.0 | 1.5 | 보호하는 |
| WBK-76-3 | 1064 | N-BK7 | 76.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WBK-75-1.6G | 532/1064 | N-BK7 | 75.0 | 1.6 | 보호하는 |
| WBK-74-2.5G | 532 | N-BK7 | 74.0 | 2.5 | 보호하는 |
| WBK-72-3 | 1064 | N-BK7 | 72.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WBK-60-3 | 1064 | N-BK7 | 60.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WBK-38-3 | 1064 | N-BK7 | 38.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WBK-30-1.4 | 1064 | N-BK7 | 30.0 | 1.4 | 보호하는 |
| WBK-25-1.1 | 1064 | N-BK7 | 25.0 | 1.1 | 보호하는 |
| WBK-24-1.4-YG | 532 / 1064 | N-BK7 | 24.0 | 1.4 | 보호하는 |
| WBK-16-1A | 755/633 | N-BK7 | 16.0 | 1.0 | 의료용 레이저 알렉스 |
| WBK-1.5-4R | 694/633 | N-BK7 | 38.1 | 4.0 | 의료용 레이저 루비 |
| WBK-1.5-4N | 1064/532 | N-BK7 | 38.1 | 4.0 | 의료용 레이저 Nd:YAG |
| WBK-1-3R | 694/633 | N-BK7 | 25.4 | 3.0 | 의료용 레이저 루비 |
| WBK-1-3N | 1064/532 | N-BK7 | 25.4 | 3.0 | 의료용 레이저 Nd:YAG |
| WBK-0.75-2.5R | 694/633 | N-BK7 | 19.1 | 2.5 | 의료용 레이저 루비 |
| WBK-0.75-2.5N | 1064/532 | N-BK7 | 19.1 | 2.5 | 의료용 레이저 Nd:YAG |
| WBK-0.6-2R | 694/633 | N-BK7 | 15.2 | 2.0 | 의료용 레이저 루비 |
| WBK-0.6-2N | 1064/532 | N-BK7 | 15.2 | 2.0 | 의료용 레이저 Nd:YAG |
| WBK-0.5-2R | 694/633 | N-BK7 | 12.7 | 2.0 | 의료용 레이저 루비 |
| WBK-0.5-2N | 1064/532 | N-BK7 | 12.7 | 2.0 | 의료용 레이저 Nd:YAG |
| WBK-0.5-2G | 532 | N-BK7 | 12.7 | 2.0 | 보호하는 |
표 1 : Wavelength Opto-Electronic 용융 실리카(WFS 시리즈) 및 N-BK7(WBK 시리즈) Windows
반면, N-BK7은 가시광선 스펙트럼(약 350~2200nm)에서 광투과율이 뛰어나 카메라 렌즈, 광학 필터, 범용 가시광선 광학 등에 사용할 수 있습니다. BK7도 상대적으로 단단하고 긁힘 방지성이 좋습니다. 그러나 정밀 거울과 같이 온도에 민감한 응용 분야에는 권장되지 않습니다.
UV 등급 용융 실리카는 UV 영역(약 175~400nm)에서 높은 광 투과율, 낮은 흡수율, 그리고 UV 영역에서의 형광과 같은 추가적인 특성을 가지고 있습니다. 이러한 특성 덕분에 UV 분광법, 엑시머 레이저 광학, 반도체 리소그래피와 같은 UV 스펙트럼 내 응용 분야에 적합합니다.
CaF₂는 넓은 스펙트럼 범위를 가지고 있어 자외선 광학 분야에도 사용될 수 있으며, 비복굴절 특성 덕분에 심자외선에서 적외선에 이르는 영역에 적용 가능합니다. 또한 굴절률이 낮아 반사 방지(AR) 코팅 없이도 사용할 수 있습니다. 0.25~7µm 파장대에서 90% 이상의 투과율을 보이며, 낮은 흡수율과 높은 손상 임계값 덕분에 엑시머 레이저 광학 분야에 널리 사용됩니다. 다만, CaF₂는 열팽창 계수가 높아 고온 환경에서의 사용에는 적합하지 않습니다.
직경 공차 : + 0 / -0.25mm
두께 공차 : ± 0.25mm
병행: ≤ 10arcsec 또는 30 ± 5arcmin
명확한 조리개 : 중심 직경의 ≥ 85%
표면 품질 : 10–5 스크래치 및 파기
AR 코팅 : 표면당 R≤0.25% @ 1064nm(단일 파장) | R≤0.3% @ 1064nm(이중 파장)
손상 임계값: 10J/센티미터2, 10ns, 20Hz @ 1064nm(단일 파장) | 3.5J/cm2, 10ns, 20Hz @ 532nm(이중 파장) | 7J/cm2, 10ns, 20Hz @ 1064nm(이중 파장)
사양 1: Wavelength Opto-Electronic 광학 유리창
2. IR 윈도우
적외선(IR) 영역 에서의 응용 분야에는 ZnSe , Al₂O₃ , Si , Ge 와 같은 재료가 사용됩니다. 최적의 IR 창은 모든 적외선 복사 에너지가 손실 없이 통과할 수 있도록 해야 합니다. 이러한 창은 일반적으로 압력이나 온도가 다른 환경을 분리하는 데 사용되며, 특정 전자기 파장의 빛 에너지는 두 환경 사이를 통과할 수 있도록 합니다.
| 부품 번호 | 파장 (nm) | 자재 | 지름 (mm) | 두께 (mm) | 어플리케이션 |
|---|---|---|---|---|---|
| WSP-1-3 | 1064/750 | 사파이어 | 25.4 | 3.0 | 의료용 레이저 |
| WSP-15.7-1.1 | 1064/750 | 사파이어 | 15.7 | 1.1 | 의료용 레이저 |
| WZ-0.5-2 | 10600/9400 | ZnSe | 12.7 | 2.0 | 보호하는 |
| WZ-0.75-3 | 10600/9400 | ZnSe | 19.1 | 3.0 | 보호하는 |
| WZ-1-3 | 10600/9400 | ZnSe | 25.4 | 3.0 | 보호하는 |
| WZ-1.1-3 | 10600/9400 | ZnSe | 27.9 | 3.0 | 보호하는 |
| WZ-1.5-3 | 10600/9400 | ZnSe | 38.1 | 3.0 | 보호하는 |
| WZ-2-5 | 10600/9400 | ZnSe | 50.8 | 5.0 | 보호하는 |
| WZ-15x18-1 | 10600/9400 | ZnSe | 15.0 x 18.0 | 1.0 | 보호하는 |
| WZ-18-2 | 10600/9400 | ZnSe | 18.0 | 2.0 | 보호하는 |
| WZ-31.75x31.75-4 | 10600/9400 | ZnSe | 31.7 x 31.7 | 4.0 | 보호하는 |
| WZ-50-3 | 10600/9400 | ZnSe | 50.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WZ-50x80-3 | 10600/9400 | ZnSe | 50.0 x 80.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WZ-55-3 | 10600/9400 | ZnSe | 55.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WZ-60-3 | 10600/9400 | ZnSe | 60.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WZ-65x85-3 | 10600/9400 | ZnSe | 65.0 x 85.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WZ-75-3 | 10600/9400 | ZnSe | 75.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WZ-80-3 | 10600/9400 | ZnSe | 80.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WZ-88-3 | 10600/9400 | ZnSe | 88.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WZ-90-3 | 10600/9400 | ZnSe | 90.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WZ-90x60-3 | 10600/9400 | ZnSe | 90.0 x 60.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WZ-92x68-3 | 10600/9400 | ZnSe | 92.0 x 68.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WZ-95x95-3 | 10600/9400 | ZnSe | 95.0 x 95.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WZ-110-5 | 10600/9400 | ZnSe | 110.0 | 5.0 | 보호하는 |
| WZ-150x105-3 | 10600/9400 | ZnSe | 150.0 x 105.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WZ-180-6 | 10600/9400 | ZnSe | 180.0 | 6.0 | 보호하는 |
| WZ-185x125-6 | 10600/9400 | ZnSe | 185.0 x 125.0 | 6.0 | 보호하는 |
| WZB-0.5x1.3-2 | 10600/9400 | ZnSe | 12.7 x 33.0 | 2.0 | 보호하는 |
| WZB-0.5x1.3-2C(코너컷) | 10600/9400 | ZnSe | 12.7 x 33.0 | 2.0 | 보호하는 |
| WZB-0.6x1.5-2 | 10600/9400 | ZnSe | 15.2 x 38.1 | 2.0 | 보호하는 |
| WZB-0.7x1.8-2 | 10600/9400 | ZnSe | 17.7 x 45.7 | 2.0 | 보호하는 |
| WZB-0.75x1.5-3 | 10600/9400 | ZnSe | 19.0 x 38.1 | 3.0 | 보호하는 |
| WZB-1.0x2.6-3 | 10600/9400 | ZnSe | 25.4 x 66.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WZB-1.5x3.9-4 | 10600/9400 | ZnSe | 38.1 x 99.1 | 4.0 | 보호하는 |
| WZB-2.0x5.2-5 | 10600/9400 | ZnSe | 50.8 x 132.1 | 5.0 | 보호하는 |
| WZB-20.3x52.8-3 | 10600/9400 | ZnSe | 20.3 x 52.8 | 3.0 | 보호하는 |
| WZB-25x50-3 | 10600/9400 | ZnSe | 25.0 x 50.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WZB-25x66-3 | 10600/9400 | ZnSe | 25.0 x 66.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WZB-26.42x10.16-2 | 10600/9400 | ZnSe | 26.42 x 10.16 | 2.0 | 보호하는 |
| WZB-30x75-5 | 10600/9400 | ZnSe | 30.0 x 75.0 | 5.0 | 보호하는 |
| WZB-53x20-3 | 10600/9400 | ZnSe | 53.0 x 20.0 | 3.0 | 보호하는 |
표 2 : Wavelength Opto-Electronic Al₂O₃(WSP 시리즈) 및 ZnSe(WZ 시리즈) 윈도우
이 창은 프레임에 설치된 투명 적외선 소재의 특수 창으로 구성됩니다. 이러한 창은 FTIR(푸리에 변환 적외선) 분광학, FLIR(전방 적외선), 의료 시스템, 열 화상 및 IR 스펙트럼 내의 다양한 기타 응용 분야에 자주 사용됩니다.
열화상 및 적외선 이미징 응용 분야에서 IR 창은 회로 차단기, 스위치, 배전반, 개폐 장치 및 변압기와 같은 다양한 배전 장비의 전기적 오작동, 결함 또는 열 누출로 인한 핫스팟을 식별하는 데 많이 활용됩니다. 이 창은 직원의 안전과 장비 보호를 보장하는 데에도 사용됩니다.
치수 공차 : + 0 / -0.13mm
두께 공차 : ± 0.25mm
병행: ≤3분
명확한 조리개 : > 90 %
표면 평탄도 : 4″Dia@1nm당 λ/632.8
표면 품질 : 60-40 S-다르
코팅: 표면당 R<0.2% @10.6μm
입사각: 브루스터 각도 @ 10.6μm
사양 2: Wavelength Opto-Electronic ZnSe 윈도우
또한 커버를 제거하지 않고도 전기 캐비닛 내에서 전류가 흐르고 활성화된 구성 요소와 연결을 검사할 수 있습니다. 이러한 창을 산업용으로 사용하는 경우에는 설치되는 장비와 관련된 필수 강도 및 환경 표준을 충족하는지 확인하는 것이 중요합니다. 이러한 창은 적절한 설치가 가능하도록 다양한 크기와 두께로 제공됩니다.
2.1 IR 창과 다른 창의 차이점
적외선은 근적외선(NIR), 단파장 적외선(SWIR), 중파장 적외선(MWIR), 장파장 적외선(LWIR) 및 원적외선(FIR)으로 구성됩니다. 적외선 영역에서의 응용 분야에는 광학 윈도우 의 기판 재료로 게르마늄 (Ge)이 자주 사용됩니다 . 용융 실리카나 N-BK7과 같은 다른 재료들은 가시광선 및 자외선 영역의 빛을 투과시키는 반면, 게르마늄과 실리콘(Si)은 자외선과 가시광선에는 불투명하지만 적외선 영역에서는 넓은 투과 범위를 가집니다.
Al₂O₃ , ZnSe , 황화아연(ZnS) , CaF₂ 와 같은 물질은 넓은 투과 대역을 가지고 있는데, CaF₂ 와 Al₂O₃ 는 자외선(UV)에서 중적외선(MWIR)까지, ZnSe 와 ZnS 는 가시광선에서 장파적외선(LWIR)까지 투과합니다 . 따라서 적외선만 투과해야 하는 응용 분야에서는 게르마늄( Ge) 또는 실리콘(Si) 창을 사용해야 합니다.
2.2 Ge IR Windows 및 응용 프로그램
투과율 그래프에서 볼 수 있듯이, 게르마늄(Ge)은 2µm 이상의 파장에 대한 장파장 통과 필터 역할을 합니다. 2µm에서 14µm까지 4.0의 높은 굴절률을 가지므로 색수차가 최소화되며, 반사 방지 코팅이 적용됩니다. 또한, 긁힘 방지 기능과 공기, 물, 알칼리 및 다양한 산에 대한 내성을 보여줍니다. 다만, 5.323 g/cm³의 비교적 높은 밀도는 무게 가 제한적인 응용 분야에서 고려해야 할 사항입니다.
| 부품 번호 | 파장 (nm) | 자재 | 지름 (mm) | 두께 (mm) | 어플리케이션 |
|---|---|---|---|---|---|
| WGE-1.5-3-BB | 8000-12000 | Ge | 38.1 | 3.0 | 보호하는 |
| WGE-1.5-5-BB | 8000-12000 | Ge | 38.1 | 5.0 | 보호하는 |
| WGE-2-3-BB | 8000-12000 | Ge | 50.8 | 3.0 | 보호하는 |
| WGE-25-3-BB | 8000-12000 | Ge | 25.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WGE-30-3-BB | 8000-12000 | Ge | 30.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WGE-35-3-BB | 8000-12000 | Ge | 35.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WGE-36-2-BB | 8000-12000 | Ge | 36.0 | 2.0 | 보호하는 |
| WGE-38-3-BB | 8000-12000 | Ge | 38.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WGE-42-2-BB | 8000-12000 | Ge | 42.0 | 2.0 | 보호하는 |
| WGE-45-3-BB | 8000-12000 | Ge | 45.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WGE-85-3-BB | 8000-12000 | Ge | 85.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WGE-100-3-BB | 8000-12000 | Ge | 100.0 | 3.0 | 보호하는 |
| WGE-110-4-BB | 8000-12000 | Ge | 110.0 | 4.0 | 보호하는 |
| WGE-124-4-BB | 8000-12000 | Ge | 124.0 | 4.0 | 보호하는 |
| WGE-142-6-BB | 8000-12000 | Ge | 142.0 | 6.0 | 보호하는 |
| WGE-150-15-BB | 8000-12000 | Ge | 150.0 | 15.0 | 보호하는 |
| WGE-152X120X6.54-BB | 8000-12000 | Ge | 152.0 x 120.0 | 6.5 | 보호하는 |
| WGE-156-6-BB | 8000-12000 | Ge | 156.0 | 6.0 | 보호하는 |
| WGE-160-6-BB | 8000-12000 | Ge | 160.0 | 6.0 | 보호하는 |
| WGE-178-6-BB | 8000-12000 | Ge | 178.0 | 6.0 | 보호하는 |
표 3 : Wavelength Opto-Electronic Ge IR(WGE 시리즈) 윈도우
또한, 게르마늄(Ge)의 투과 특성은 온도에 따라 크게 영향을 받습니다. 온도가 100°C에 도달하면 흡수율이 증가하여 거의 불투명해지고, 200°C에서는 투과성을 완전히 잃게 됩니다. 게르마늄 광학 창은 국방 및 항공우주 산업, 생명 및 의료 과학, 산업용 OEM, 그리고 다양한 적외선 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 굴절 특성 덕분에 광각 렌즈와 현미경에 적합합니다. 열화상 시스템에서는 적외선 창과 렌즈에 게르마늄이 흔히 사용됩니다.
게르마늄( Ge) 윈도우 는 저출력 CO₂ 레이저 시스템에 널리 사용됩니다 . 10⁻¹⁰ J/ cm² 의 레이저 유도 손상 임계값(LIDT)을 갖는 Ge 윈도우는 고출력 또는 연속파(CW) 레이저에는 적합하지 않습니다. 그 이유는 고출력 레이저는 온도를 상승시켜 100℃ 이상에서 투과율이 급격히 떨어지고, 600℃에 가까워지면 결국 기판 자체를 손상시키기 때문입니다. 반면, 반사 방지(AR) 코팅된 Ge는 저출력 펄스 레이저 시스템에 매우 적합합니다. 특히 주목할 만한 응용 분야는 첨단 재료 과학 분야에 사용되는 양자 캐스케이드 레이저(QC)입니다.
2.3 Si IR Windows 및 응용 프로그램
게르마늄 ( Ge) 외에도 실리콘(Si) 은 적외선(IR) 윈도우에 널리 사용됩니다. Si는 근적외선(NIR, 1µm~6µm) 영역에서 사용 가능한 가장 단단한 광물 및 광학 재료 중 하나입니다. 광학적으로 우수한 품질의 Si는 일반적으로 투과 파장 대역 내의 흡수 밴드를 방지하기 위해 도핑(5~40옴·cm)됩니다. Si는 게르마늄보다 굴절률이 낮고 밀도가 낮아 광학 설계 시 무게를 줄일 수 있습니다.
실리콘(Si)은 3~5µm(중적외선) 파장 대역의 윈도우 및 광학 필터 기판으로 사용하기에 이상적입니다. 또한 실리콘의 낮은 밀도( 게르마늄 이나 아연셀루늄 의 절반 )는 무게에 민감한 응용 분야, 특히 3~5µm 대역에서의 응용 분야에 적합합니다. 실리콘의 밀도는 2.329g/cm³ 이고 크누프 경도는 1150으로, 게르마늄보다 단단하고 취성이 적습니다.
높은 열전도율 덕분에 실리콘(Si)은 게르마늄(Ge)에 비해 고출력 레이저에 더 적합합니다. 이는 산업 검사 및 감시와 같은 분야에서 특히 중요합니다. 그러나 투과율 프로파일에서 볼 수 있듯이 9µm 부근에서 강한 흡수 대역을 가지고 있어 CO₂ 레이저 응용 분야에는 적합하지 않습니다.
실리콘 창은 다양한 분야에 사용됩니다. 열화상 장치의 필수 구성 요소로서 물체와 환경의 온도 변화를 감지할 수 있게 해줍니다. 또한 적외선 분광 장비에서 다양한 재료의 성분을 분석하는 데 널리 사용되며, 국방 및 보안 산업에서는 표적 탐지 및 야간 투시경에도 사용됩니다.
2.4 Ge와 Si IR 윈도우의 차이점
실리콘(Si) 과 게르마늄(Ge) 은 다양한 분야, 특히 창호 기술에 사용되는 반도체 소재입니다. 두 소재의 주요 차이점은 물리적 특성과 광학적 특성에 있습니다. 실리콘 창호 는 단파 적외선(SWIR)과 중파 적외선(MWIR) 영역에서 투명도가 우수하지만 장파 적외선(LWIR) 영역에서는 효율이 떨어집니다. 반면, 게르마늄 창호는 LWIR 영역에서 탁월한 적외선 투명도를 제공하여 열화상 및 적외선 분광 분석 분야에 이상적입니다.
그러나 Ge는 일반적으로 Si보다 가격이 비싸고 깨지기 쉽습니다. Si는 지구 표면에서 흔히 발견되는 화합물입니다. 반면 Ge는 납, 은, 구리 광상에서 흔히 발견되는 희귀 물질입니다. 또한, Ge의 가공 비용도 Si보다 높아 Ge는 더 비싼 화합물입니다. Si와 Ge 윈도우 중 어떤 것을 선택할지는 파장 범위, 비용, 기계적 내구성 등 응용 분야의 구체적인 요구 사항에 따라 달라집니다.
3. 윈도우 코팅
반사 방지(AR) 코팅은 원하는 파장 범위에서 투과율을 극대화하기 위해 광학 창 에 적용되는 경우가 많습니다 . 대부분의 AR 코팅은 내구성이 뛰어나 물리적 손상과 환경적 손상 모두에 대한 저항력을 제공합니다. 이러한 이유로 대부분의 투과형 광학 부품에는 어떤 형태로든 반사 방지 코팅이 포함되어 있습니다.
창호에 AR 코팅을 선택할 때는 특정 용도의 전체 작동 스펙트럼 범위를 철저히 고려해야 합니다. AR 코팅은 광학 시스템의 성능을 크게 향상시킬 수 있지만, 설계 파장 범위를 벗어난 파장에서 코팅을 사용하면 시스템 성능이 저하될 수 있습니다. 따라서 게르마늄 창호 에는 AR 코팅을 사용하는 것이 좋습니다.
4. 결론
| 관용 | Standard | 정밀성 | 높은 정밀도 |
| 소스 | 유리: 붕규산 유리(BK7), 광학 유리, 용융 실리카, 불화물 | ||
| 결정: ZnSe, ZnS, Ge, GaAs, CaF₂, BaF₂, MgF₂, Si, 불화물, Al₂O₃, 칼코게나이드 | |||
| 플라스틱: PMMA, 아크릴 | |||
| 외형 치수 | 최소: 4mm, 최대: 200mm | ||
| 외형 치수 | ± 0.25mm | ± 0.1mm | ± 0.05mm |
| 두께 | ± 0.1mm | ± 0.05mm | ± 0.01mm |
| 조리개 지우기 | 80% | 90% | 95% |
| 불규칙성(PV) | 2분 | λ / 4 | λ / 10 |
| 병행 | 5아르민 | 1아르민 | 5아크섹 |
| 파장 범위 | 200nm-14μm | 200nm-14μm | 190nm-14μm |
| 표면 품질 | 80-50 | 40-20 | 10-5 |
| 코팅 | 광대역 반사 방지, 협대역 반사 방지 | ||
광학 윈도우는 광학 산업에서 매우 중요하며 다양한 용도와 목적에 사용됩니다. 여러 가지 재료를 광학 윈도우로 사용하여 투과 특성에 따라 특정 파장의 빛을 차단할 수 있습니다. ZnSe₂ , ZnS₂ , Al₂O₃ , CaF₂ 는 가시광선 및 적외선 영역의 빛을 투과시키는 데 사용되는 대표적인 화합물입니다. 반면, Ge 와 Si는 적외선 영역의 빛만 통과시켜야 하는 응용 분야에 유용합니다.
다양한 요인이 특정 응용 분야에 어떤 재료를 선택해야 하는지에 영향을 줄 수 있습니다. 여기에는 전송 범위 외에도 밀도, 경도, 작동 온도, 작동 특성 및 비용과 같은 요소가 포함됩니다. 다른 고려 사항에는 반사 방지 코팅을 추가하는 것이 포함되는데, 이는 전송 프로파일을 원하는 적용 범위 내로 변경할 수 있습니다. 끊임없이 진화하는 광학 분야에서 광학 창의 중요성은 여전히 중요하며 광학 기술 및 응용 분야의 잠재력을 발휘할 수 있는 관문 역할을 합니다.
Wavelength Opto-Electronic 표준 사양부터 고정밀 사양까지 다양한 재질의 광학 창을 설계 및 제조합니다. 풍부한 경험을 갖춘 당사 엔지니어와 최첨단 시설을 통해, 종합적인 계측 기술을 통해 측정 및 테스트된 고품질의 창을 보장합니다.
