​一、紅外線的基本（běn）知識     
紅外透（tòu）鏡，紅（hóng）外（wài）線同可見光一樣（yàng）在本質上都是電磁波，它的波長範圍很寬（kuān）（0. 7 ～ 1000 mm），按波  長又可分為三個（gè）光譜區：
近紅（hóng）外（0. 7～15 m m），中紅外（15～50mm），遠紅外（wài）（50～1000mm） 。紅外線同樣具有波粒二象性（xìng），
遵守波的反射定律和折射定律，在一（yī）定的條件下（xià）  也會發生幹（gàn）涉和衍射效應（yīng）。    紅外線與可見光不同之處是人的肉眼（yǎn）看不見（jiàn）紅外線，  
且在大氣層（céng）中（zhōng）對紅外波段存在一（yī）係  列吸收很低的透明波段，如 1 ～ 1.1 mm，1.6 ～ 1.75 mm ，2.1 ～ 2.4 mm ，
3.4 ～ 4.2 mm 等波（bō）段（duàn），大（dà）氣層的透過率在 80 ％以上；8 ～ 12 mm，大氣層的透過率為60 ％～ 70 ％。這些特點使得紅外（wài）線
在軍事、工程技術和生物醫學（xué）上得到許多應用。 
二、紅（hóng）外材料的性能    
紅外材料應具有對不同波長紅外線的透過率、折射率和色（sè）散，當然，材料的強度和硬度、抗腐（fǔ）蝕和防潮（cháo）解能力（lì）、密度、
到熱率、熱膨脹係數、比熱容等在（zài）紅外光學器件（如透（tòu）鏡、棱  鏡、濾光片和整流罩等）的製（zhì）備和實用中也是需要考慮的。
材料（liào）的光譜透過率與材料的結構，特別（bié）是化學鍵和原子量有關。 任何材料隻能在某一波  段具（jù）有較高的透過率。
對於（yú）純的晶體材料，若不考慮雜質吸收的話，其透射短波限 s l  取決  於電子（zǐ）吸收，即引起電子從價帶激發到（dào）導帶（dài）的光吸收。
因（yīn）而，一般說（shuō）來，短波截至（zhì）波長大致  相（xiàng）當於該晶體禁帶寬度能量對應的光頻率。其長波透射限 1 l  主要取決於聲子吸收（shōu），
即晶格  震動吸收，它可以是（shì）一次諧波震動吸收，也可以是高（gāo）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。 在晶體結構相（xiàng）同的情況下，平均分子（zǐ）量越大，則聲子吸收出現的波（bō）長越長，材料的紅（hóng）外透射長波
截至波長 1 l  也越長。對於金剛石、 鍺、 矽等具有金剛石結（jié）構的晶體，  由（yóu）於（yú）在紅（hóng）外區域（yù）沒有活躍的一次諧波晶（jīng）  格震動，
 高次（cì）諧波（bō）也較弱，  因而是一類透過率較高、透（tòu）射波段也較寬的優秀的紅外光學材料（liào），  使用也較為普（pǔ）遍。 折射率和色散
是紅外光學（xué）材料的另一重要特性（xìng）。首先（xiān），折射率和反射率損失密切相關， 折射率越大，反射損失也越高。
其次，對於不（bú）同用途，對（duì）折射（shè）率有不同的要求。
例如，對於製造窗口和整流罩的光學材料，  為了減少反射損失，要求折（shé）射率低一（yī）些； 而用於（yú）製造高放大（dà）率、 寬視場角光
學係統中的棱鏡、透鏡及（jí）其他光學（xué）部件的材料則（zé）要求折射率要高一些。 例如， 有時為了消色差（chà）或其他像差， 不但需要使
用不（bú）同折射率的材料（liào）作為複合透鏡（jìng），  而（ér）且對（duì）色散也  有一定（dìng）要求（qiú）。作為分光光度計中色散元件的棱鏡（jìng），  它的性能直接與
材（cái）料的折射率和（hé）色散有（yǒu）關。除了透過率、折射率和色散外，材料的力學性能、抗腐蝕、防（fáng）潮解（jiě）等性能對於一個好的  光學器
件也視非常重要的。比如，綠（lǜ）化鈉晶體雖然是很好的紅外光學材料（liào），但卻容易（yì）潮（cháo）解，  不宜在野外使用；鍺也是很好的紅外光
學材料，但（dàn）當溫度升高時，透過率顯著（zhe）下降，而且它  比（bǐ）較脆，軟話溫（wēn）度也太低（dī），因此用作整流罩是不合適（shì）的（de）。
同樣，雖然（rán）金剛石的各種性能很優  異，  可是它不能做成大尺寸的器件，  而且價格過於昂貴，  所以很少有人用它（tā）來作實際
的光學材料。此外（wài），要格（gé）外注意的是材料（liào）受熱時的子輻射特性，為了避免探測器中出現假信號，受（shòu） 熱材料在工（gōng）作波段內的子
輻射（shè）應當很（hěn）小，這在搜（sōu）索跟蹤係統中尤（yóu）其要引起重視。 在紅外光（guāng）學係統中，一些常用的部件對材料性能有不同的要求。
對於探測器窗口材料，  要求在探測器的響應波段內窗口必須有很高的透過率（因（yīn）此要求吸收率（lǜ）和反射率要很低）。

 

這樣能很好的透過（guò）從目標來的輻射，  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（yǔ）玻璃或其他探測器外殼材料相封接， 
因此熱膨脹係數要匹配，  並（bìng）且窗口的透過率不應  隨溫度變化顯著變化。一般窗（chuāng）口要暴露（lù）在空氣中，因此，它應該不怕潮（cháo），化學（xué）穩定性好，
較  長時間內不發（fā）黴、發毛（máo），負責散射等（děng）影響將使透（tòu）過率降低。另外，窗口材料應當易於加工（gōng）和  切割成各種形狀。  為了減（jiǎn）小（xiǎo）反射損失，
可選擇折射率低的材料作窗口材料，  若必須折射率高  的材料，則（zé）要易於鍍增透膜。同時，窗口一（yī）般較薄，材（cái）料（liào）應有足夠的（de）強度。
對整流材料的要求是在探測器相應波段內，整流罩必須有很高的透過率，自輻射（shè）應很小，以免產（chǎn）生假信號。有些材料在室溫有很高的透過（guò）率，
但高（gāo）溫時，由（yóu）於隻有載流子（zǐ）吸收（shōu）增  加（jiā），透過特性（xìng）顯著惡化（例如（rú）鍺）  ，這種材料就不能作為整流罩。整流（liú）是安（ān）裝在（zài）飛機、導彈、  
飛船等高速飛行體的光（guāng）學係統的前部，由於空（kōng）氣動力加（jiā）熱，整流（liú）罩的溫度是很高的，因此，  要求整流罩的溶點、軟化溫度（dù）要（yào）高，
並且材（cái）料的熱穩（wěn）定性要好，要能經受得住熱衝擊。整流（liú）  罩得硬度要（yào）大（dà），這樣，一方麵有利於加工、研磨和拋光，
另一方麵不（bú）至於被飛揚（yáng）的塵土和沙  石所擦傷。由於整流罩暴露在空氣中，  因此化學穩定性要好，  要能（néng）防止大（dà）氣（qì）中的鹽溶液或腐  
蝕性氣體的腐（fǔ）蝕，並（bìng）且不怕潮解。應當特別指出（chū）的一點是：一般的窗口尺寸較小（xiǎo），而整流罩  的尺寸（cùn）往往較大（直徑幾十毫米（mǐ）到幾百毫米） ，
並且（qiě）折射率要連續，以免發生散射。
因此（cǐ），  常常要求整流（liú）罩用單（dān）晶或折射率在（zài）晶粒間界（jiè）沒有突變的均勻的多晶製成。  整流罩（zhào）的曲線率往  往很大，因此要有足（zú）夠的強度，

以便於加工、裝配，並且經受住震動和氣浪。對透鏡和棱鏡的要求（qiú）是透鏡和（hé）棱鏡材料要純淨均勻，對折射率的要求較嚴（yán），其（qí）他要求（qiú）

與窗口材料差不多。不（bú）過，對（duì）熱膨脹係（xì）數的要求，隻（zhī）有在浸沒透鏡中才是很重（chóng）要的，以為假  使探測器製冷，若膨脹係數（shù）匹配不好，

浸沒透鏡和探測器（qì）可能脫開，使反射損失增加。對棱  鏡材料的一（yī）個突（tū）出要求是它的（de）投射波段要寬，色散要大。

高分子材（cái）料（liào）價格便宜、耐酸堿和（hé）耐腐蝕性（xìng）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  動吸收帶正（zhèng）好在中紅（hóng）外波段， 因此在中紅外波段塑料的透過率（lǜ）很低，並且塑料的軟化溫度較低，
強度不高，隻能在（zài）較低溫下做窗口和保護膜等，少數塑料可做透鏡，但不能做整流罩。 
塑料的用途主（zhǔ）要在遠紅外區域（yù），中近紅外使用較（jiào）少。做常用的塑料是有機玻璃，  即聚甲基丙  烯酸甲酯，它透可見光和近紅外，常用作保護膜（mó）、
增透膜和窗口材料。聚乙烯不透可見光，但遠紅外（wài）的透過率很高，是一種（zhǒng）常溫下使用（yòng）的遠（yuǎn）紅外光學材料。高密度聚丙烯（xī）比聚乙烯堅硬，
在中紅外某些波段有一定的透過率。