Германий в инфракрасной оптике
Германий используют там, где обычное оптическое стекло уже не решает задачу по спектральному диапазону. Этот материал востребован прежде всего в инфракрасной оптике: из него изготавливают окна, линзы, призмы и другие элементы для тепловизионных, измерительных и аналитических систем. Оптический германий сочетает высокую плотность, твердость и большой показатель преломления, поэтому при проектировании детали важно учитывать не только геометрию, но и отражение на рабочих поверхностях.
Для производства применяют монокристаллический германий оптического качества. Он хорошо работает в ИК-диапазоне и подходит для компактных оптических схем. При этом материал требует грамотного расчета покрытия: без просветления потери на отражение могут быть значительными. Для наружных или нагруженных узлов возможно использование защитных покрытий, включая DLC.
Применение в оптических изделиях
Германий широко используется в производстве различных оптических компонентов для инфракрасных систем. Его применяют в изготовлении линз для тепловизоров, пирометров и других ИК-устройств. Высокий показатель преломления позволяет создавать компактные и эффективные оптические системы. Кроме того, германий используется для изготовления окон и призм, применяемых в спектроскопии и других аналитических приборах.
Виды оптических компонентов из германия
Компания предлагает широкий ассортимент оптических компонентов из германия для различных инфракрасных приложений. Среди них несколько видов линз:
- плосковыпуклые;
- плосковогнутые;
- двояковыпуклые;
- двояковогнутые;
- менисковые;
- асферические.
Эти компоненты изготавливаются с высокой точностью и могут иметь различные покрытия для улучшения характеристик.
Спектр пропускания полированного окна из Ge (ГМО-1) толщиной 5 мм в диапазоне (2.5-25.0) мкм
Монокристаллический оптический германий – оптический материал с высоким показателем преломления (n = 4.1 – 4.0 в зависимости от длины волны излучения). Френелевский коэффициент отражения от одной полированной грани равен (1-n)2/1+n)2=0.36, поэтому из германия изготавливают светоделители с пропусканием оптической детали порядка 50% без нанесения светоделительного покрытия. С другой стороны, высокий коэффициент отражения от полированной поверхности оптики из германия требует использования антибликового (просветляющего) покрытия. Для уменьшения коэффициента отражения от поверхности германия используются широкополосные просветляющие покрытия: как традиционные инфракрасные просветляющие покрытия, так и однослойное алмазоподобное просветляющее покрытие из твердого углерода с показателем преломления n=2.0. Алмазоподобное покрытие наносится по специальной технологии. Это покрытие называется DLC (Diamond Like Coating). DLC покрытие сочетает просветляющие качества с хорошими защитными свойствами от воздействия внешней среды и обладает очень высокой абразивной износостойкостью.
Оптическое пропускание германия с ростом температуры уменьшается во всей спектральной полосе прозрачности. Для монокристалла германия (работа выхода Eg = 0.7 эВ) заметное поглощение излучения с длиной волны меньшей 1.8 мкм наблюдается уже при температуре 300 град. К (27 град. С). Материал становится непрозрачным при температурах более 373 град. К (100 град. С). Германий может эксплуатироваться в различных средах, т. к. это – инертный, причем довольно твердый и жесткий материал. Оптический монокристаллический германий (ГМО) выращивается методом Чохральского и является относительно дорогим материалом.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕРМАНИЯ (Ge)
| Параметр | Значение |
| Плотность | 5.33 г/см3 |
| Температура плавления | 936° C |
| Коэффициент теплопроводности | 58.61 Вт/(м K) при 293 К |
| Коэффициент термического расширения | 6.1 x 10-6/К при 293 К |
| Твердость по Кнупу | 780 |
| Удельная теплоемкость | 310 Дж/(кг K) |
| Диэлектрическая постоянная (f=9.37 ГГц) | 16.6 при 300 К |
| Модуль Юнга, E | 102.7 ГПа |
| Модуль сдвига, G | 67 ГПа |
| Модуль объемной деформации, K | 77.2 ГПа |
| Упругие коэффициенты | C11=129 МПа, C12=48.3 МПа, C44=67.1 МПа |
| Предел упругости | 89.6 МПа |
| Коэффициент Пуассона | 0.28 |
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕРМАНИЯ (Ge)
| Параметр | Значение |
| Диапазон пропускания | 1.8 - 23 мкм |
| Показатель преломления, n | 4.0026 (Lambda = 11 мкм) |
| Потери на отражение | 53% (Lambda = 11 мкм, 2 поверхности) |
| dn/dT | 396 x 10-6/K |
| dn/dµ = 0 | Показатель преломления всегда постоянен (не зависит от µ) |
| Коэффициент поглощения | 1.3 х10-3 см-1, Lambda = 3.8 мкм |
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕРМАНИЯ (Ge)
| Параметр | Значение |
| Растворимость | В воде не растворим |
| Молекулярный вес | 72.59 |
| Класс | Кубический, структура алмаза. |
ПОКАЗАТЕЛЬ ПРЕЛОМЛЕНИЯ
| Длина волны, мкм | 2.06 | 2.15 | 2.44 | 2.58 | 3.00 | 3.42 |
| Показатель преломления | 4.10 | 4.09 | 4.07 | 4.06 | 4.05 | 4.03 |
| Длина волны, мкм | 4.36 | 6.24 | 8.66 | 9.72 | 11.04 | 13.02 |
| Показатель преломления | 4.02 | 4.01 | 4.00 | 4.00 | 4.00 | 4.00 |
Что изготавливают из Ge
Из германия производят оптические окна, положительные и отрицательные линзы, призмы, клинья, мениски и другие элементы по чертежам. Материал применяют в тепловизорах, пирометрах, ИК-объективах, спектроскопических приборах и системах контроля, где рабочее излучение находится за пределами видимого диапазона.
При выборе германиевой оптики обычно учитывают:
- рабочий диапазон длин волн;
- температуру эксплуатации;
- требуемое пропускание;
- допустимое отражение;
- качество поверхности;
- наличие просветляющего или защитного покрытия.
Покрытия для оптических компонентов
Для защиты оптических компонентов из германия и улучшения их характеристик применяются различные покрытия. Антибликовые покрытия (AR) уменьшают отражение и повышают пропускание в заданном диапазоне длин волн. Алмазоподобные покрытия (DLC) обеспечивают высокую прочность и устойчивость к агрессивным условиям эксплуатации, что особенно важно для наружных оптических систем.
Преимущества использования германия
Использование германия в оптических системах обеспечивает ряд преимуществ:
- Широкий диапазон пропускания в инфракрасной области.
- Высокий показатель преломления, позволяющий создавать компактные оптические системы.
- Химическая инертность и устойчивость к воздействию окружающей среды.
- Возможность нанесения различных защитных и функциональных покрытий.
Эти свойства делают германий незаменимым материалом для современных инфракрасных оптических систем.
Каталог продукции из германия Ge
Особенности материала в реальной системе
У германия высокий показатель преломления, поэтому геометрия детали и покрытие напрямую влияют на итоговую эффективность. Кроме того, его оптические свойства зависят от температуры: для нагревающихся узлов это нужно учитывать еще на этапе расчета.
М-Прогресс изготавливает изделия из Ge по техническому заданию или чертежу заказчика. Можно заказать как отдельные детали, так и партии компонентов с заданными размерами, качеством поверхности и покрытием. Если требуется подобрать тип изделия под конкретную ИК-систему, исходными данными могут быть рабочая длина волны, габариты и условия эксплуатации.
Когда германий особенно уместен
Материал имеет смысл выбирать именно для ИК-задач. Если система работает преимущественно в видимом или ультрафиолетовом диапазоне, обычно рассматривают другие оптические материалы. Поэтому запрос "германий для оптики" всегда должен уточняться по рабочей длине волны и назначению прибора.
Для серийного производства желательно заранее закрепить марку материала, геометрию, требования к просветлению и допустимые дефекты поверхности. Это особенно важно для тепловизионной оптики, где небольшое изменение пропускания или состояния покрытия может быть заметно в работе всей системы.
Этапы заказа
1. Выбор параметров детали
2. Оформление заявки
Оформите заявку через онлайн-форму на нашем сайте, пришлите заявку на info@m-progress.ru или позвоните по номеру телефона. В заявке указываете точные параметры, количество экземпляров и любые дополнительные требования, включая чертежи (если это необходимо).
3. Подтверждение и расчёт стоимости
4. Производство и доставка
После подтверждения заказа и оплаты (или подписание договора с формой оплаты отличной от 100% предоплаты), мы приступаем к производству изделий . Готовую продукцию мы отправляем вам с доставкой по Санкт-Петербургу и другим регионам. Вы получите уведомление о готовности и времени доставки.
- Мелкими партиями - от 1 до 20 шт.
- Средними партиями - от 20 до 500 шт.
- Крупными партиями - от 500 шт.
- Телефон: 8 (812) 309-22-23
- Мобильный: 8 (921) 634-25-08
- Электронная почта: info@m-progress.ru
- Электронная почта: M-ProgressSPB@yandex.ru
Заказать обратный звонок
Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных в соотв. с ФЗ от 27.07.2006 №152-ФЗ на условиях и для целей, определенных политикой конфиденциальности
Сделать заказ
После оформления заказа мы свяжемся с вами в ближайшее время для уточнения информации
Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных в соотв. с ФЗ от 27.07.2006 №152-ФЗ на условиях и для целей, определенных политикой конфиденциальности