SCHOTT solutions n° 1/2016 > Vidrios para infrarrojos

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La familia de vidrios calcogenuros de SCHOTT ofrece una transmisión excelente sobre amplios intervalos del espectro IR. Foto: SCHOTT/J. Stevens

Haciendo visible lo invisible


Los investigadores de SCHOTT optimizan continuamente los vidrios para infrarrojos y los adaptan a la medida de las aplicaciones técnicas mediante una i&d intensiva y un contacto estrecho con los clientes.


Dr. Barbara Stumpp

No podemos ver la radiación infrarroja (IR) o térmica, pero ciertamente la podemos percibir como calor en la piel. Fue probada científicamente por vez primera en torno a 1800 por el astrónomo Friedrich Wilhelm Herschel. Descompuso la luz solar en sus componentes espectrales con un prisma. Más allá del rojo, que es la longitud de onda más larga de la luz visible, encontró radiación invisible que, aun así, calentaba. Mientras que la luz visible tiene una longitud de onda de entre 400 (azul) y 780 nm (roja), se hace una distinción entre el cercano al IR (longitud de onda de 780 nm hasta aprox. 3 µm), el IR medio (longitud de onda de 3,5 a 5 µm) y el IR térmico o largo (longitud de onda de 8 µm hasta aprox. 14 µm).

Las aplicaciones IR requieren ópticas de alta calidad


Para hacer la radiación IR visible, medible y técnicamente aprovechable, ya sea en dispositivos de visión nocturna, cámaras termográficas, sistemas de control del movimiento, pirómetros o en equipos de diagnóstico, los materiales ópticos utilizados han de satisfacer requerimientos muy especiales. El vidrio sodocálcico corriente, y también muchos vidrios especiales, son opacos en las regiones del IR medio y térmico y, por consiguiente, inadecuados. Esto es debido a la absorción de la radiación IR por las vibraciones moleculares de la matriz del vidrio (enlace silicio-oxígeno, etc.). Los vidrios especiales para IR, como los desarrollados y optimizados desde hace muchos años en los laboratorios de la sede de Duryea, Pennsylvania (ee.uu.), de SCHOTT, son perfectamente aptos. El silicio ”perturbador” es sustituido por arsénico, germanio, antimonio o galio y el oxígeno por azufre, selenio o telurio. El resultado son los llamados vidrios calcogenuros. Estos vidrios ofrecen la elevada transmisión dentro de los rangos de IR de onda corta, media y larga, la reducida dependencia del índice de refracción de la temperatura y la baja dispersión requeridas. Se pueden combinar con otros vidrios de la serie o con otros materiales para IR. “Ofrecemos así soluciones y asistencia a los diseñadores ópticos, para el desarrollo de potentes sistemas ópticos de ir resistentes térmicamente”, explica el Dr. Nathan Carlie, de Investigación y Desarrollo Tecnológico en SCHOTT North America. Este vidrio ópticamente excelente, pero delicado, se debe proteger del ambiente operativo por medio de una ventana separadora, hecha de material resistente, que se mantenga transparente dentro de todo el ancho de banda óptico. El Dr. Keith Rozenburg, científico de SCHOTT, ha desarrollado con esta finalidad IRC-1, un proceso cerámico para producir sulfuro de zinc policristalino. El IRC-1 evita las desventajas del sulfuro de zinc fabricado mediante el costoso proceso de deposición química de vapor.

”Nuestra investigación próxima a la fabricación nos permite optimizar continuamente
la calidad de los vidrios – p. ej. la transmisión y la homogeneidad – al mismo tiempo que reduce
los costes mediante una eficiencia de fusión mejorada y nuevos procesos de fabricación,
como el moldeo de precisión.”

Dr. Nathan Carlie, Research and Technology Development, SCHOTT North America
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Los laboratorios de SCHOTT en Duryea, Pennsylvania (ee.uu.), llevan muchos años desarrollando y optimizando vidrios para IR. Foto: SCHOTT/J. Stevens

Estrategias para el futuro


Desde hace algunos años, el procesamiento de imágenes infrarrojas viene evolucionando desde las aplicaciones clásicas a unas aplicaciones multiespectrales cada vez más complejas, compactas y económicas. Aquí el intervalo de longitudes de onda es más de 10 veces mayor que con las ópticas para el visible. Sus posibilidades de aplicación incluyen la observación multiespectral del clima con satélites. También se están estudiando, aunque todavía no son una realidad, las cámaras de IR para smartphones y otros dispositivos móviles, que no sólo simplificarán, sino que también ampliarán considerablemente los campos de aplicación de la tecnología infrarroja en la sanidad, la agricultura, la edificación y la automoción.

Los materiales multiespectrales para IR disponibles hasta ahora, como el sulfuro y el selenuro de zinc, producidos mediante deposición química de vapor, son cristalinos, difíciles de fabricar y caros de procesar. El Dr. Carlie lo explica: ”Los vidrios, en cambio, se pueden fundir en grandes volúmenes y moldear a un coste bajo”.
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Los productos para IR, como esta lente, constituyen una alternativa económica a los materiales multiespectrales para IR, como el sulfuro de zinc cristalino y el selenuro de zinc, de costosa fabricación. Foto: SCHOTT/J. Stevens
Esta nueva tecnología permite modelar a medida las propiedades ópticas de los vidrios, para adaptarlas a aplicaciones innovadoras. SCHOTT ha desarrollado nuevas composiciones de vidrio que ofrecen la dispersión calculada y el control preciso de los efectos térmicos requeridos por la próxima generación de sistemas IR ópticos. “Acabamos de lanzar al mercado los vidrios calcogenuros multiespectrales IRG-X, transparentes desde el espectro del visible y a lo largo del espectro IR de onda larga completo”, explica el Dr. Carlie.

SCHOTT está trabajando en materiales para lentes de gradiente de índice para hacer posibles soluciones de imagen infrarroja miniaturizadas. Con la óptica de gradiente de índice se modifica la refracción del vidrio mediante una variación continua del material, que permite sustituir grupos de lentes completos. Así se podrán fabricar en el futuro más fácilmente y de forma más compacta y barata los sistemas de reconocimiento de imágenes IR. <
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Infrared Chalcogenide Glasses