Liste des matériaux pour les applications infrarouges

Introduction

Les applications infrarouges ont pris de l'importance au fil des ans. Les ingénieurs et les scientifiques ont souvent besoin de matériaux qui fonctionnent bien sous la lumière infrarouge. Examinons plusieurs catégories de matériaux. Chaque groupe a ses propres atouts.

Cristaux de fluorure (fluorure de calcium, fluorure de baryum, fluorure de magnésium)

Lescristaux de fluorure tels que le fluorure de calcium, le fluorure de baryum et le fluorure de magnésium sont utilisés dans de nombreux systèmes optiques. Leur principale propriété est une grande transparence dans la région infrarouge. Dans de nombreux cas, ces cristaux sont préférés pour les lentilles et les fenêtres des systèmes laser à haute puissance. Par exemple, le fluorure de calcium fonctionne bien dans le proche infrarouge, de 0,15 à 8 microns. Le fluorure de baryum peut couvrir une plage allant jusqu'à 12 microns. Le fluorure de magnésium est connu pour sa durabilité et sa facilité à recouvrir les surfaces. Ces caractéristiques rendent les cristaux de fluorure populaires dans des domaines tels que l'optique spatiale et la spectroscopie avancée.

Matériaux chalcogénures (séléniure de zinc, sulfure de zinc, germanium)

Lesmatériaux chalcogénures tels que le séléniure de zinc, le sulfure de zinc et le germanium offrent une excellente transmission dans les régions de l'infrarouge moyen et de l'infrarouge lointain. Le germanium, par exemple, est utilisé en imagerie thermique en raison de sa transmission efficace entre 2 et 14 microns. Le sulfure de zinc et le séléniure de zinc sont couramment utilisés dans les fenêtres et les dômes infrarouges pour les systèmes de guidage de missiles ou les caméras thermiques. Leurs propriétés optiques non linéaires les rendent également utiles pour la conversion des fréquences laser. Chacun de ces matériaux possède un indice de réfraction élevé et une bande de transmission spécifique qui convient parfaitement à certaines applications infrarouges.

Matériaux oxydés (saphir, silice fondue, oxyde d'yttrium)

Les matériaux oxydes sont réputés pour leur stabilité et leur durabilité. Le saphir est un matériau de prédilection pour les applications soumises à de fortes contraintes et nécessitant une grande robustesse. Il présente une excellente clarté optique de l'ultraviolet à l'infrarouge moyen. La silice fondue est un autre oxyde courant. Il est réputé pour sa faible dilatation thermique et sa capacité à fonctionner dans une large gamme de températures et de longueurs d'onde. L'oxyde d'yttrium est souvent utilisé dans des environnements à haute température et présente une transmission infrarouge utile au-delà de 3 microns. La stabilité et la qualité optique de ces oxydes les rendent idéaux pour les environnements difficiles, y compris les applications aérospatiales.

Pour en savoir plus : Substrats de saphir, de rubis et d'alumine : comment les choisir ?

Semi-conducteurs pour l'infrarouge (silicium, arséniure de gallium, antimoniure d'indium)

Lesmatériaux semi-conducteurs tels que le silicium, l'arséniure de gallium et l'antimoniure d'indium ont trouvé une place particulière dans la technologie infrarouge. Le silicium fonctionne bien dans l'infrarouge proche et est largement utilisé dans les capteurs d'appareils photo et les dispositifs de communication. L'arséniure de gallium permet une conversion efficace de la lumière et un fonctionnement à haute température, ce qui le rend courant dans les applications spatiales. L'antimoniure d'indium est un matériau clé pour les détecteurs infrarouges à ondes longues, souvent utilisés dans les caméras thermiques. Ces semi-conducteurs offrent le bon équilibre entre les propriétés électriques et optiques pour soutenir les applications infrarouges sensibles dans de nombreux appareils modernes.

Verres spéciaux et composites (verres de chalcogénure, verre de qualité infrarouge, composites polymères)

Les verres spéciaux et les composites complètent la liste des matériaux utilisés pour les applications infrarouges. Les verres de chalcogénure sont bien adaptés à la lumière infrarouge moyenne et lointaine. Ils ont des indices de réfraction élevés et peuvent être moulés dans des formes complexes pour les lentilles et les fibres. Le verre de qualité infrarouge est spécialement traité pour éliminer les impuretés qui absorbent le rayonnement infrarouge. Ces verres sont utilisés pour les tests optiques de haute précision et les systèmes laser. Les composites polymères conçus pour une utilisation dans l'infrarouge sont prometteurs car ils permettent de réduire le poids tout en conservant les performances optiques. Ces matériaux sont particulièrement utiles pour les optiques portables et les appareils d'imagerie légers où l'encombrement et le poids sont cruciaux.

Applications dans le spectre infrarouge

Le choix du matériau dépend de la gamme infrarouge spécifique requise et de l'environnement dans lequel le dispositif fonctionnera.

Les cristaux de fluorure, avec leur faible absorption, sont privilégiés dans les dispositifs à ultraviolet et à infrarouge à ondes courtes. Les matériaux de chalcogénure excellent dans les systèmes d'imagerie médicale haut de gamme, en particulier dans les domaines de poussée tels que la visée thermique et le contrôle de la qualité. Les matériaux à base d'oxyde ont une place de choix dans les environnements soumis à de fortes contraintes et à des températures élevées, notamment dans les applications industrielles et aérospatiales. Les semi-conducteurs sont les éléments constitutifs des détecteurs et des capteurs dans les équipements grand public et spécialisés. Enfin, les verres spéciaux et les composites offrent aux concepteurs une certaine flexibilité tout en garantissant des performances précises dans les systèmes d'imagerie, de détection et de communication.

Chaque type de matériau répond à des critères stricts définis par des pratiques d'ingénierie optique et des considérations de coût. Pour plus d'informations sur la liste et la comparaison des matériaux, veuillez consulter le site Stanford Advanced Materials (SAM).

Questions fréquemment posées

F : Quel est le meilleur matériau pour l'imagerie thermique ?
Q : L'antimoniure d'indium est très courant pour l'imagerie thermique dans l'infrarouge à ondes longues.

F : Le silicium peut-il être utilisé dans toutes les gammes d'infrarouges ?
Q : Le silicium fonctionne bien dans l'infrarouge proche mais a des limites dans l'infrarouge moyen et lointain.

F : Pourquoi la silice fondue est-elle populaire dans les environnements difficiles ?
Q : La silice fondue présente une faible dilatation thermique et une grande durabilité, idéales pour les environnements difficiles.