​一、紅外線的基本知識     
紅外透鏡，紅外線同（tóng）可見光一樣在本質上都是電磁波，它的波長範圍很寬（0. 7 ～ 1000 mm），按（àn）波  長又可分為三個光譜區：
近紅外（0. 7～15 m m），中紅外（15～50mm），遠紅外（50～1000mm） 。紅外線同樣（yàng）具有波粒二象性，
遵守波（bō）的反射定（dìng）律和折射（shè）定律，在一定的條件下  也會發（fā）生幹涉和（hé）衍射效應。    紅外線與可見光不（bú）同（tóng）之（zhī）處（chù）是人的肉（ròu）眼看不見紅外線，  
且在大氣層中對紅外波段存在（zài）一係  列（liè）吸收很低的透明波（bō）段，如（rú） 1 ～ 1.1 mm，1.6 ～ 1.75 mm ，2.1 ～ 2.4 mm ，
3.4 ～ 4.2 mm 等波段（duàn），大（dà）氣層的透過率在 80 ％以上；8 ～ 12 mm，大氣層的（de）透過率為60 ％～ 70 ％。這些（xiē）特點使得紅外線
在軍（jun1）事、工程技術和生物醫（yī）學上得到許多應用（yòng）。 
二、紅（hóng）外材料的性（xìng）能    
紅外材料應具有對不同波長紅外線的透（tòu）過率、折射（shè）率和色散，當然，材料的強度和硬度（dù）、抗腐蝕和防潮（cháo）解能力、密度、
到熱（rè）率、熱膨脹係（xì）數、比熱容等在（zài）紅外光學器件（如透鏡（jìng）、棱  鏡（jìng）、濾光片（piàn）和整流罩等）的製備和實用中也是需要考慮的（de）。
材料的（de）光譜透過率與材料（liào）的結構，特（tè）別是化學鍵和原子量有關。 任何材料（liào）隻能在某一波  段具有較高的透過率。
對於純的晶體材料，若不考慮雜質吸收的話，其透（tòu）射短（duǎn）波限（xiàn） s l  取決  於電子吸收（shōu），即引起電子從價帶激發（fā）到導帶的光吸收。
因而（ér），一般說來，短波截至波長大致  相當（dāng）於該晶體（tǐ）禁（jìn）帶寬度能量對應的光頻率。其（qí）長波透射限 1 l  主要取決於（yú）聲子吸收，
即晶格  震動吸收，它可以是一次諧波震（zhèn）動吸收，也可以是高次諧波震動吸收。 聲子吸收和晶體結構、構成晶體元素的平
均分子量及化學鍵有關（guān）。 在晶體結構相同（tóng）的情況下，平（píng）均分子量越大，則聲子吸收出現（xiàn）的波長越長，材料的紅外透射（shè）長波
截至波長（zhǎng） 1 l  也越長。對於（yú）金剛石、 鍺、 矽等具（jù）有金剛石結構的晶體，  由於在紅外區域沒有活躍的一次諧波晶  格震動，
 高次諧波也較弱，  因而是一類透（tòu）過（guò）率（lǜ）較高、透射波段也較寬的優秀的紅外光學材料，  使用（yòng）也較為普遍（biàn）。 折射率和（hé）色散
是紅外光學（xué）材料的另一重要特性（xìng）。首先，折射率和反射（shè）率損失密切相關， 折射率越（yuè）大，反射損失也越（yuè）高。
其次，對於不同用途，對折射率有不同（tóng）的要求。
例如，對於製造窗口和整流罩的光學材（cái）料（liào），  為了減少反射損失，要求折射率低一些； 而用（yòng）於製造高放大率（lǜ）、 寬視場角光
學係統中的棱鏡、透鏡（jìng）及其他光學部件的材料則要求折射率要（yào）高一些。 例如， 有時為了消色差或其他像差， 不但（dàn）需（xū）要使
用不同折射率的材（cái）料作為複（fù）合透鏡，  而且對色散也  有（yǒu）一定要求。作為分光光度計中色散元件的（de）棱鏡，  它的性能直（zhí）接與
材料的折射率和色散有關（guān）。除了透過率、折射率和色散外，材（cái）料的力學性能（néng）、抗腐蝕、防潮解等性能對於一個好的（de）  光學器
件也視非（fēi）常重要的。比如，綠化鈉晶體雖（suī）然（rán）是很（hěn）好的紅外光學材料，但卻容易潮（cháo）解，  不宜在野外使用；鍺也是很好的紅外光
學材料，但當溫度（dù）升高（gāo）時，透過率顯著下降，而且（qiě）它  比較脆，軟話溫度也太（tài）低，因此用作整流罩是不合適的。
同樣，雖（suī）然金剛石的各（gè）種性能很優  異，  可是它不（bú）能（néng）做成大尺寸的器件，  而且價格過於昂（áng）貴，  所以很少有人用（yòng）它來作實際
的光學材料。此外，要格外注意的是（shì）材料受熱時的子輻射特性，為了避免探測器中（zhōng）出現假信號，受 熱材料在工作波段（duàn）內（nèi）的子
輻射應當很小，這在搜索跟蹤係統中尤其要引起重視。 在紅外光學係統中，一些常用的部件對材（cái）料性能有不同的要求。
對於探測器窗口材料，  要求在（zài）探測器的響應波段內窗（chuāng）口必須有很高的透過率（因此要求吸收率和反射（shè）率要很低）。

 

這樣能很好的透過從目（mù）標（biāo）來（lái）的輻射，  而自身輻射卻很小。  對於製冷探測器，  窗口必須要能很  好的與玻璃或其他探測器外殼材料相封（fēng）接（jiē）， 
因此熱膨脹係數要匹配，  並且窗口的透過率不（bú）應  隨溫度（dù）變化顯（xiǎn）著變化。一般窗口要暴露在空氣中，因此，它應該不怕潮，化學穩定性好，
較  長時間內（nèi）不發（fā）黴、發毛，負責（zé）散射等影響（xiǎng）將使透過率降低。另外，窗口材料應當易於加工和  切割（gē）成（chéng）各種形狀。  為（wéi）了減小反射損失，
可選擇折（shé）射率低（dī）的材料作窗（chuāng）口材料（liào），  若必須折（shé）射率高  的材料，則要（yào）易於鍍增透膜。同時（shí），窗口一般較薄，材料應有（yǒu）足夠的強度。
對整流材料的要求是（shì）在探測器（qì）相應波段內（nèi），整流罩必須有很高的透（tòu）過率，自輻（fú）射應很小（xiǎo），以免產生假信號。有（yǒu）些材料（liào）在室溫有很高的透過率，
但高溫時，由於隻有（yǒu）載流子吸收增  加，透過（guò）特性顯著惡化（例如鍺）  ，這種（zhǒng）材（cái）料就不（bú）能作為（wéi）整流（liú）罩。整流是安裝（zhuāng）在飛（fēi）機、導彈、  
飛船等高速飛行體的光學係統的（de）前部，由於空氣動（dòng）力加熱，整流罩的溫度是很高的，因此，  要求整流罩（zhào）的溶點、軟化溫度要高，
並且材料的熱穩定性要好，要能（néng）經受得（dé）住熱衝擊。整流  罩（zhào）得硬度要大，這樣，一方（fāng）麵有利於加工、研磨和拋光，
另一方麵不至於被飛揚的塵土和沙（shā）  石所擦傷（shāng）。由於整（zhěng）流罩暴露在空氣中，  因此化學穩定性要好，  要能防止大氣中的（de）鹽溶液或腐  
蝕性氣（qì）體的（de）腐蝕，並且（qiě）不怕（pà）潮解。應當特別指出的一點是：一般的窗口尺寸較小，而整（zhěng）流罩  的尺寸往往較大（直（zhí）徑幾十毫米到幾百毫米） ，
並且折射率要連續，以免發（fā）生散射。
因此，  常常要求整流罩（zhào）用單晶或折射率在晶粒間界沒（méi）有突變的均勻的多晶製成。  整（zhěng）流罩的曲線率往  往很大，因此要有（yǒu）足夠的強度，

以便於加工、裝配，並且經受住震動和氣浪。對透鏡和（hé）棱鏡的要求是透鏡和棱鏡材料要純（chún）淨均（jun1）勻，對折射率的要求（qiú）較嚴，其他要（yào）求

與窗口材料差不（bú）多。不過，對熱膨脹係數的要求，隻有在浸沒（méi）透鏡中才是很重要（yào）的，以為假  使探測器製冷，若膨脹係（xì）數匹配不好，

浸沒透鏡（jìng）和探測（cè）器可能脫開，使反射（shè）損失增加。對棱  鏡材料的一個突出要求是它的投射波段要寬，色散要大。

高分子材（cái）料價格便宜（yí）、耐酸堿和耐腐（fǔ）蝕性良好，不溶於水，在近紅外和遠紅外有良好  的透過率，這是它的優點。但是高分子材料結（jié）構複雜，  
分子的（de）振動和轉動吸收帶以及晶格震  動吸（xī）收帶正好在中紅外波段， 因此在中紅外波段塑料的透過率很低，並且（qiě）塑（sù）料的（de）軟化溫度較低，
強度不高，隻（zhī）能在較低溫下做窗口和保護膜等，少數塑料可做透鏡，但（dàn）不能做整流罩（zhào）。 
塑料的用途（tú）主要在遠紅外區域，中近紅外使用較少。做常用的塑料是有機玻璃，  即聚甲（jiǎ）基丙  烯酸甲酯，它透可見（jiàn）光和近（jìn）紅外，常（cháng）用作保護膜（mó）、
增透膜和窗口材料（liào）。聚乙烯不透可見（jiàn）光，但遠紅外的透過率很高，是一種常溫下使用的遠紅外光學（xué）材料。高密度聚丙（bǐng）烯（xī）比聚乙烯堅硬，
在（zài）中紅外某（mǒu）些波段（duàn）有一定的透過率。