IR / Chalcogenide Glass – Kính quang học hồng ngoại cao cấp

1. Giới thiệu chung

Chalcogenide Glass là loại kính quang học phổ hồng ngoại (IR), được làm từ các nguyên tố nhóm Chalcogen (S, Se, Te) kết hợp với As, Ge, Sb, hoặc Ga. Loại kính này nổi bật với khả năng truyền ánh sáng trong dải hồng ngoại 1–18 µm, giúp các ứng dụng IR hoạt động hiệu quả.

Chalcogenide Glass thường được dùng trong:

• Lens hồng ngoại, window, prism cho cảm biến IR

• Camera nhiệt, thiết bị night vision, laser IR

• Thiết bị quang – điện tử công nghiệp và quân sự

2. Lịch sử & quy trình sản xuất

Chalcogenide Glass ra đời từ nhu cầu kính truyền IR mà Fused Quartz hay BK7 không đáp ứng được, đặc biệt cho các thiết bị cảm biến hồng ngoại, quang học nhiệt, laser IR.

Quy trình sản xuất chính:

1. Pha trộn nguyên liệu Chalcogen (S, Se, Te) với As, Ge, Sb, hoặc Ga theo công thức chuẩn.

2. Nung chảy trong môi trường bảo vệ để tránh oxi hóa và tạp chất.

3. Loại bỏ bọt khí và tinh thể để đạt tính quang học đồng nhất.

4. Rót vào khuôn hoặc kéo sợi để tạo hình dạng cần thiết (lens, window, fiber).

5. Gia công cơ học và đánh bóng: đảm bảo bề mặt đạt độ nhẵn quang học, hạn chế scatter IR.

6. Kiểm tra chất lượng: transmission curve, chỉ số khúc xạ, homogeneity, mechanical stability.

Chalcogenide Glass hiện nay có nhiều thương hiệu nổi tiếng: AMTIR, IRG, ChG, As2Se3, với nhiều dạng: thấu kính, window, prism, fiber.

3. Đặc tính kỹ thuật Chalcogenide Glass

3.1. Đặc tính quang học

• Dải truyền sáng: ~1 – 18 µm (phụ thuộc vào loại và thành phần).

• Chỉ số khúc xạ (n): từ ~2.0 – 2.8 tùy loại.

• Abbe number: thấp, phù hợp ứng dụng IR, không dùng cho visible.

• Transmission: cao trong IR, >90% cho dải thiết kế, giảm mạnh trong visible.

3.2. Đặc tính cơ học

• Mật độ: ~4.0 – 5.3 g/cm³

• Young’s modulus: 15–30 GPa (thấp hơn silica / BK7, nên dễ gia công nhưng cần cẩn thận khi cơ học mạnh)

• Hardness: 150–300 HK

• Birefringence: thấp, đảm bảo quang học IR ổn định

3.3. Đặc tính nhiệt

• Hệ số giãn nở nhiệt (CTE): 15–25 ×10⁻⁶ /K

• Nhiệt độ làm việc: ≤350 °C (phần lớn loại commercial)

• Nhiệt độ mềm hóa: ~400–450 °C (tùy loại)

Lưu ý: Chalcogenide Glass nhạy với oxy hóa, cần xử lý bề mặt hoặc phủ coating IR để tăng tuổi thọ.

4. Bảng datasheet tham khảo Chalcogenide Glass

5. Ứng dụng thực tế

1. Thấu kính IR / Chalcogenide lens: camera nhiệt, night vision, cảm biến nhiệt.

2. Cửa sổ hồng ngoại (IR window): bảo vệ detector IR, laser IR systems.

3. Prism & beam splitter IR: phân tách ánh sáng IR cho quang phổ, instrumentation.

4. Fiber quang học IR: dẫn ánh sáng hồng ngoại dài, truyền năng lượng laser IR.

5. Thiết bị quang – điện tử công nghiệp & quân sự: laser IR, sensor IR, thermography.

6. So sánh Chalcogenide Glass với các loại kính khác

Chalcogenide Glass vượt trội trong dải IR dài (>3 µm), nhưng không dùng visible và chi phí cao hơn BK7, dễ gia công hơn Sapphire.

7. Lợi ích khi chọn Chalcogenide Glass

• Truyền IR dài, hiệu suất cao cho các hệ thống quang học hồng ngoại.

• Khả năng gia công tương đối dễ so với sapphire, nhưng cần cẩn thận do cơ học mềm hơn.

• Đa dạng công thức (As–Se, Ge–As–Se, Sb–Ge–S) đáp ứng nhiều dải IR và ứng dụng đặc thù.

• Ứng dụng chuyên dụng: military, night vision, thermography, laser IR systems.

8. Kết luận

IR / Chalcogenide Glass là lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng hồng ngoại từ 1–18 µm, bao gồm thấu kính IR, cửa sổ IR, prism và fiber IR. Khi cần vật liệu quang học IR high-performance với khả năng truyền dài và hiệu suất ổn định, Chalcogenide Glass đáp ứng tốt hơn Fused Quartz, BK7 hay Sapphire