Apa itu Optik Inframerah?

1) Pengantar Optik Inframerah

Optik Inframerah digunakan untuk mengumpulkan, memfokuskan, atau mengkolimasi cahaya dalam rentang panjang gelombang antara 760 dan 14.000 nm.Bagian radiasi IR ini dibagi lagi menjadi empat rentang spektral yang berbeda:

Jangkauan Inframerah Dekat (NIR)	700 – 900nm
Rentang Inframerah Gelombang Pendek (SWIR)	900 – 2300nm
Rentang Inframerah Gelombang Tengah (MWIR)	3000 – 5000nm
Rentang Inframerah Gelombang Panjang (LWIR)	8000 – 14000nm

2) Inframerah Gelombang Pendek (SWIR)

Aplikasi SWIR mencakup rentang 900 hingga 2300 nm.Berbeda dengan cahaya MWIR dan LWIR yang dipancarkan dari objek itu sendiri, SWIR menyerupai cahaya tampak dalam arti foton dipantulkan atau diserap oleh suatu objek, sehingga memberikan kontras yang diperlukan untuk pencitraan resolusi tinggi.Sumber cahaya alami seperti cahaya awal sekitar dan pancaran latar belakang (alias cahaya malam) merupakan pemancar SWIR dan menghasilkan pencahayaan luar biasa untuk pencitraan luar ruangan di malam hari.

Sejumlah aplikasi yang bermasalah atau tidak mungkin dilakukan menggunakan cahaya tampak dapat dilakukan dengan menggunakan SWIR.Saat pencitraan di SWIR, uap air, asap api, kabut, dan bahan tertentu seperti silikon bersifat transparan.Selain itu, warna-warna yang tampak hampir sama pada tampilan dapat dengan mudah dibedakan menggunakan SWIR.

Pencitraan SWIR digunakan untuk berbagai tujuan seperti inspeksi papan elektronik dan sel surya, inspeksi produksi, identifikasi dan penyortiran, pengawasan, anti-pemalsuan, kontrol kualitas proses, dan banyak lagi.

3) Inframerah Gelombang Tengah (MWIR)

Sistem MWIR beroperasi dalam kisaran 3 hingga 5 mikron.Saat memutuskan antara sistem MWIR dan LWIR, beberapa faktor harus dipertimbangkan.Pertama, unsur atmosfer lokal seperti kelembapan dan kabut harus dipertimbangkan.Sistem MWIR tidak terlalu terpengaruh oleh kelembapan dibandingkan sistem LWIR, sehingga sistem ini lebih unggul untuk aplikasi seperti pengawasan pantai, pengawasan lalu lintas kapal, atau perlindungan pelabuhan.

MWIR memiliki transmisi atmosfer yang lebih besar dibandingkan LWIR di sebagian besar iklim.Oleh karena itu, MWIR umumnya lebih disukai untuk aplikasi pengawasan jarak jauh yang melebihi jarak 10 km dari objek.

Selain itu, MWIR juga merupakan pilihan yang lebih baik jika Anda ingin mendeteksi objek bersuhu tinggi seperti kendaraan, pesawat terbang, atau rudal.Pada gambar di bawah terlihat bahwa asap knalpot panas jauh lebih terlihat di MWIR dibandingkan di LWIR.

4) Inframerah Gelombang Panjang (LWIR)

Sistem LWIR beroperasi pada rentang 8 hingga 14 mikron.Mereka lebih disukai untuk aplikasi dengan objek bersuhu mendekati ruangan.Kamera LWIR tidak terlalu terpengaruh oleh sinar matahari sehingga lebih baik untuk pengoperasian di luar ruangan.Mereka biasanya merupakan sistem tanpa pendingin yang menggunakan mikrobolometer Focal Plane Array, meskipun kamera LWIR yang didinginkan juga ada dan menggunakan detektor Mercury Cadmium Tellurium (MCT).Sebaliknya, sebagian besar kamera MWIR memerlukan pendinginan, menggunakan nitrogen cair atau pendingin siklus Stirling.

Sistem LWIR memiliki banyak aplikasi seperti inspeksi bangunan dan infrastruktur, deteksi cacat, deteksi gas, dan banyak lagi.Kamera LWIR berperan penting selama pandemi COVID-19 karena memungkinkan pengukuran suhu tubuh secara cepat dan akurat.

5) Panduan Pemilihan Substrat IR

Bahan IR memiliki sifat berbeda yang memungkinkannya bekerja dengan baik dalam spektrum inframerah.IR Fused Silica, Germanium, Silicon, Sapphire, dan Zinc Sulfide/Selenide, masing-masing memiliki kekuatan untuk aplikasi inframerah.

Seng Selenida (ZnSe)

Seng selenida adalah senyawa padat berwarna kuning muda yang terdiri dari seng dan selenium.Ini dibuat melalui sintesis uap Seng dan gas H2 Se, yang terbentuk sebagai lembaran pada substrat grafit.Ia dikenal karena tingkat penyerapannya yang rendah dan memungkinkan penggunaan laser CO2 yang sangat baik.

Jangkauan Transmisi Optimal	Aplikasi Ideal
0,6 - 16μm	Laser CO2 dan termometri dan spektroskopi, lensa, jendela, dan sistem FLIR

Germanium (Ge)

Germanium memiliki penampakan berasap abu-abu tua dengan indeks bias 4,024 dengan dispersi optik rendah.Ia memiliki kepadatan yang cukup besar dengan Kekerasan Knoop (kg/mm2): 780,00 yang memungkinkannya bekerja dengan baik untuk optik lapangan dalam kondisi yang sulit.

Jangkauan Transmisi Optimal	Aplikasi Ideal
2 - 16μm	LWIR - Pencitraan termal MWIR (saat dilapisi AR), situasi optik yang kokoh

Silikon (S)

Silikon memiliki tampilan biru keabu-abuan dengan kapasitas termal tinggi sehingga ideal untuk cermin laser dan wafer silikon untuk industri semikonduktor.Ia memiliki indeks bias 3,42.Komponen silikon digunakan pada perangkat elektronik karena arus listriknya dapat melewati konduktor silikon lebih cepat dibandingkan konduktor lain, kepadatannya kurang dibandingkan Ge atau ZnSe.Lapisan AR direkomendasikan untuk sebagian besar aplikasi.

Jangkauan Transmisi Optimal	Aplikasi Ideal
1,2 - 8μm	MWIR, pencitraan NIR, spektroskopi IR, sistem deteksi MWIR

Seng Sulfida (ZnS)

Zinc Sulfide adalah pilihan yang sangat baik untuk sensor inframerah yang mentransmisikan dengan baik dalam spektrum IR dan spektrum tampak.Ini biasanya merupakan pilihan yang hemat biaya dibandingkan material IR lainnya.

Jangkauan Transmisi Optimal	Aplikasi Ideal
0,6 - 18μm	LWIR - MWIR, sensor inframerah gelombang tampak dan gelombang menengah atau gelombang panjang

Pilihan substrat dan lapisan anti-pantulan Anda akan bergantung pada panjang gelombang yang memerlukan transmisi prima dalam aplikasi Anda.Misalnya, jika Anda memancarkan cahaya IR dalam rentang MWIR, germanium mungkin merupakan pilihan yang baik.Untuk aplikasi NIR, safir mungkin ideal.

Spesifikasi lain yang mungkin ingin Anda pertimbangkan dalam memilih optik inframerah meliputi sifat termal dan indeks bias.Sifat termal suatu substrat mengukur bagaimana substrat bereaksi terhadap panas.Seringkali, elemen optik inframerah akan terkena suhu yang sangat bervariasi.Beberapa aplikasi IR juga menghasilkan panas dalam jumlah besar.Untuk menentukan apakah substrat IR cocok untuk aplikasi Anda, Anda perlu memeriksa gradien indeks dan koefisien muai panas (CTE).Jika media tertentu memiliki gradien indeks tinggi, kinerja optiknya mungkin kurang optimal bila digunakan dalam pengaturan yang mudah menguap secara termal.Jika CTE-nya tinggi, ia dapat memuai atau menyusut dengan kecepatan tinggi karena adanya perubahan suhu yang besar.Bahan yang paling sering digunakan dalam optik inframerah sangat bervariasi dalam indeks biasnya.Germanium, misalnya, memiliki indeks bias 4,0003, dibandingkan dengan 1,413 untuk MgF.Ketersediaan substrat dengan rentang indeks bias yang luas memberikan fleksibilitas tambahan dalam desain sistem.Dispersi bahan IR mengukur perubahan indeks panjang gelombang terhadap panjang gelombang serta penyimpangan kromatik, atau pemisahan panjang gelombang.Dispersi dikuantifikasi, berbanding terbalik dengan bilangan Abbe, yang didefinisikan sebagai rasio indeks bias pada panjang gelombang d dikurangi 1, terhadap selisih antara indeks bias pada garis f dan c.Jika suatu substrat memiliki bilangan Abbe lebih besar dari 55, maka substrat tersebut kurang dispersif dan kita menyebutnya bahan mahkota.Substrat yang lebih dispersif dengan bilangan Abbe kurang dari 55 disebut bahan batu api.

Aplikasi Optik Inframerah

Optik inframerah memiliki aplikasi di banyak bidang, mulai dari laser CO2 berdaya tinggi, yang bekerja pada 10,6 μm, hingga kamera pencitraan termal penglihatan malam (pita MWIR dan LWIR) dan pencitraan IR.Mereka juga penting dalam spektroskopi, karena transisi yang digunakan dalam mengidentifikasi banyak gas berada di wilayah inframerah tengah.Kami memproduksi optik garis laser serta komponen inframerah yang bekerja dengan baik pada rentang panjang gelombang yang luas, dan tim kami yang berpengalaman dapat memberikan dukungan dan konsultasi desain penuh.

Paralight Optics menggunakan serangkaian teknik pemrosesan canggih seperti Single Point Diamond Turning dan pemolesan CNC untuk menghasilkan lensa optik presisi tinggi dari Silicon, Germanium, dan Zinc Sulfide yang dapat diterapkan pada kamera MWIR dan LWIR.Kami mampu mencapai akurasi kurang dari 0,5 pinggiran PV dan kekasaran dalam kisaran kurang dari 10 nm.