我们的主题是 锗窗口（Germanium Windows）。但首先，让我们对“锗”这种材料有一个总体了解。 单晶锗（Single Crystal Germanium）指的是没有大角度晶界和双晶结构的锗晶体，它具有金刚石结构，是一种用途广泛的材料， 在半导体、光纤通信、航空航天、太阳能电池和红外光学等领域展现出巨大的潜力。 最新数据显示，在未来的锗需求增长中，红外光学领域将占据最大的份额， 这主要归因于国防和民用领域对红外技术需求的爆发性增长。
透过范围：1.8 至 23 μm (1)
折射率：4.0026 @ 11 μm (1)(2)
反射损失：53% @ 11 μm（双面）
吸收系数：<0.027 cm-1 @ 10.6 μm（典型值）
0.006 cm-1 @ 5.6 μm（典型值）
<0.005 cm-1 @ 2.7 μm
Reststrahlen 峰：n/a
dn/dT：396 × 10⁻⁶ /°C (2)(6)
dn/dμ = 0：几乎恒定
密度：5.33 g/cc
熔点：936 °C (3)
热导率：58.61 W·m⁻¹·K⁻¹ @ 293K (6)
热膨胀系数：6.1 × 10⁻⁶/°C @ 298K (3)(4)(6)
硬度：Knoop 780
比热容：310 J·Kg⁻¹·K⁻¹ (3)
介电常数：16.6 @ 9.37 GHz, 300K
杨氏模量 (E)：102.7 GPa (4)(5)
剪切模量 (G)：67 GPa (4)(5)
体积模量 (K)：77.2 GPa (4)
弹性系数：C11=129；C12=48.3；C44=67.1 (5)
表观弹性极限：89.6 MPa (13000 psi)
泊松比：0.28 (4)(5)
溶解性：不溶于水
分子量：72.59
晶体结构：立方金刚石结构 Fd3m
作为一种红外光学材料，锗具有高折射率、宽红外透射范围（在可见光波段完全不透光，因此能有效屏蔽红外设备的干扰）、低吸收系数和色散率，以及极高的化学惰性（不易受酸碱侵蚀）等优点。 它的莫氏硬度为 6.0–6.5，意味着它既不过硬又易加工。 这些特性使得锗成为制造红外热像仪、红外雷达及其他红外设备中的窗口、透镜、棱镜和滤光片的理想材料。 高纯锗或锗-锂还可用于天文伽马能谱仪、核反应能谱仪和等离子体物理X射线仪器； Si-Ge10 以及掺杂汞、镉、铜或镓的单晶锗则用于红外探测器。
锗的红外透射范围高达 2000–15000 nm，覆盖近红外至远红外波段。 由于其高化学稳定性，锗红外窗口在恶劣环境下依然具有极高的可靠性和保护性能。
锗的高折射率使其成为制造红外透镜的理想材料。 借助其高折射特性，可以在更少的镜片数量下实现更短焦距与更强的聚光能力，从而使光学设计更紧凑、更简洁。 此外，锗的大色散性也使其成为优良的红外分光棱镜材料。
铋酸锗被应用于闪烁辐射探测器中。 由二氧化锗制成的玻璃具有高折射率和色散性能，可用于广角相机和显微镜镜头； GeO₂-TiO₂-P₂O₅ 型玻璃具有优异的红外性能，可用于航天技术中保护超灵敏红外探测器。
制备单晶锗有两种方法：提拉法（Czochralski）和区域熔炼法（Zone Melting）。
① 提拉法 的工艺流程为： a) 将锗锭放入坩埚中加热熔化； b) 用安装在拉晶杆上的锗籽晶沿垂直方向浸入略高于熔点的锗熔体中，并以一定速度向上拉出，熔融锗会按籽晶方向凝固形成单晶。 通过控制拉速、坩埚转速、籽晶转速及炉温自动调节等，可获得 n 型锗（电阻率 0.003–40 Ω·cm）与 p 型锗（电阻率 0.002–40 Ω·cm），位错密度为 500–3000 cm²，直径为 20–300 mm。
② 区域熔炼法 使用水平石英管加热炉，可生产电阻率均匀的单晶锗。 径向电阻率均匀性 ±3%，纵向均匀性 ±7%，位错密度 10³ cm⁻²，单晶截面为 5–12 cm²。
光学窗口（Optical Windows） 是用于保护光学核心部件免受灰尘、湿气和污染物等外界损害的透明元件，同时能以最小的吸收、畸变或偏折传输光线。 光学窗口广泛应用于制造业、航空航天、热成像、等离子腔体、传感器、激光器等领域。 它们保证光学界面的稳定性，确保光线的准确传输。
锗窗口的红外透射范围为 2000–15000 nm，对可见光完全不透光，这对于红外设备来说非常有利。 此外，锗的中等硬度意味着它可轻松加工和抛光，与玻璃材料类似。 由于其化学惰性强，锗窗口能有效保护红外设备免受环境和气候影响。 锗窗口还可镀上类金刚石（DLC）镀膜，以形成极其坚固的前端光学表面。 然而，锗的密度较大，因此在对重量敏感的光学系统设计中需谨慎； 同时因其折射率较高，在作为光学窗口使用时需加镀抗反射膜（AR Coating）。
值得注意的是，锗具有一定毒性，因此操作时应佩戴手套，并在作业后清洗双手。
杭州煦和光电（Hangzhou Shalom EO）是一家专业的红外光学产品制造商与供应商，提供包括锗窗口在内的各类红外光学元件。 我们提供 23 款库存模块，最大直径可达 101.6mm； 同时也可根据客户要求定制最大直径达 300mm 的产品。 镀膜选项包括类金刚石（DLC）镀膜、抗反射膜（AR，3-5μm，8-12μm）以及宽带抗反射膜（BBAR，3-12μm）。
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