作者：吴月荣

红外窗口在红外光学系统中起着保护内部元件、保持光学透射性能的关键作用。然而，在恶劣环境（如高速、高温、雨蚀、沙尘等）影响下，没有一种材料能满足所有要求，尤其是用于长波红外（LWIR，通常指8–14 μm波段）的窗口材料选择更为有限。因此，在实际应用中，除了要求在目标红外波段具有高透过率外，窗口材料还需具备高硬度、良好的环境耐久性、抗环境应力侵蚀、高抗热冲击性，并能最大限度地传递目标辐射。材料选择时必须综合考虑其可用性、透射波段、应力光学系数、化学稳定性、热学性能及成本等因素。

常用的红外窗口材料包括氟化镁（MgF₂）、蓝宝石（α-Al₂O₃）、硫化锌（ZnS）、硒化锌（ZnSe）、锗（Ge）和硅（Si）等。根据微观结构，红外光学材料可分为透明陶瓷、单晶、热压多晶、玻璃和塑料五大类。其中，红外单晶材料如Ge、Si、α-Al₂O₃、ZnS、ZnSe、MgF₂等，具有熔点高、热稳定性好、硬度高、折射率与色散可调范围大等优点，但也存在晶体尺寸受限、成本较高的局限性。

对于短波红外（SWIR，1–3 μm）系统，可选材料包括卤化物、氟化物、ZnSe、ZnS等。然而，由于卤化物的机械性能和化学耐久性较差，以及部分材料在加工、镀膜方面经验有限，实际选择常集中在氟化物、ZnSe、ZnS等几种材料上。

一、常用红外窗口材料详解

（1）锗（Ge）与硅（Si）

锗和硅均属于Ⅳ族元素半导体，具有金刚石晶体结构，化学性能稳定（锗不溶于水；硅不溶于大部分酸，但溶于HF-HNO₃混合液）。二者在红外波段均有良好透过性，且机械强度与导热性较好。

（2）蓝宝石（α-Al₂O₃）

蓝宝石为高纯氧化铝单晶，具有极宽的透射波段（紫外至中红外）、优异的机械强度、高硬度（莫氏硬度9）、高抗热冲击性和化学惰性。

透射范围：约0.15–5.5 μm，覆盖紫外、可见光与中波红外。

机械特性：几乎仅次于金刚石的硬度与抗磨损性，可用于超薄窗口设计。

热冲击品质因子：极高，仅次于金刚石，适用于高热负载环境。

局限性：为非均匀材料（双折射），不适于制作复杂偏振光学元件；长波红外不透。

数据库完整性：蓝宝石具有最全面的材料性能数据库，支持其在高要求军用光电系统中的可靠应用。

此外，Y₂O₃-MgO纳米复合材料（晶粒约200 nm）在3–5 μm波段透过率接近理论值，优于蓝宝石，且强度高，是未来中波红外窗口的潜在优选材料。

二、总结与选材建议

三、未来发展趋势

随着多波段复合光电系统的发展，对宽谱（尤其是可见光‑红外兼容）窗口材料的需求日益增长。多光谱ZnS、蓝宝石及新型纳米复合材料（如Y₂O₃-MgO）将成为重点发展方向。同时，通过涂层技术、材料复合与制备工艺改进（如热等静压处理），可进一步提升现有材料的机械与环境适应性。