在現(xiàn)代光電技術(shù)、紅外成像、激光系統(tǒng)以及軍事與民用傳感設(shè)備中，對(duì)特定波段光的選擇性透過或吸收能力提出了越來越高的要求。紅外透射可見吸收光學(xué)玻璃（Infrared-Transmitting, Visible-Absorbing Optical Glass）是一類具有獨(dú)特光譜特性的功能型光學(xué)材料：它在可見光波段（約400–700 nm）表現(xiàn)出強(qiáng)吸收特性，而在近紅外至中紅外波段（通常為800 nm–5 μm，甚至更長(zhǎng)）則具備高透過率。這種“反常”的光學(xué)行為使其在諸多高科技領(lǐng)域中扮演著不可替代的角色。
本文將系統(tǒng)介紹紅外透射可見吸收光學(xué)玻璃的基本原理、典型材料體系、制備工藝、性能參數(shù)及其在實(shí)際中的應(yīng)用。
一、基本光學(xué)原理
光學(xué)玻璃的透射或吸收特性主要由其電子結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)/摻雜離子的能級(jí)決定。普通光學(xué)玻璃（如BK7、K9等）在可見光區(qū)高度透明，但在紫外和紅外區(qū)域因電子躍遷或晶格振動(dòng)而產(chǎn)生吸收。
紅外透射可見吸收玻璃的關(guān)鍵在于：
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抑制可見光透過：通過引入特定過渡金屬離子（如Fe²⁺/Fe³⁺、Cu²⁺、Co²⁺等）或稀土元素，在可見光范圍內(nèi)形成強(qiáng)吸收帶；
保持紅外透明：選擇低聲子能量的玻璃基質(zhì)（如硫系玻璃、氟化物玻璃、重火石玻璃等），避免紅外波段因多聲子吸收而衰減。
例如，F(xiàn)e²⁺離子在~1050 nm附近有強(qiáng)吸收峰，但若控制其價(jià)態(tài)比例并優(yōu)化玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可使其在可見區(qū)吸收強(qiáng)烈，而在1.2 μm以上波段保持高透。
二、典型材料體系
1. 硅酸鹽/硼硅酸鹽基玻璃
通過高濃度鐵、銅等金屬氧化物摻雜，可在可見區(qū)實(shí)現(xiàn)深色（如墨綠、黑色），同時(shí)在近紅外（NIR, 700–1100 nm）保持一定透過率。這類玻璃成本低、化學(xué)穩(wěn)定性好，常用于濾光片和防護(hù)窗口。
2. 硫系玻璃（Chalcogenide Glasses）
以As₂S₃、Ge–As–Se等體系為代表，本身在可見光不透明（因帶隙窄），但在2–12 μm中紅外波段高度透明。通過成分調(diào)控，可實(shí)現(xiàn)“可見全吸收、紅外高透”的理想特性，廣泛用于熱成像鏡頭和紅外傳感器窗口。
3. 氟化物玻璃（Fluoride Glasses）
如ZBLAN（ZrF₄–BaF₂–LaF₃–AlF₃–NaF）體系，具有極低的聲子能量（~500 cm⁻¹），紅外截止波長(zhǎng)可達(dá)7 μm。雖本身在可見區(qū)透明，但可通過摻雜Nd³⁺、Er³⁺等稀土離子實(shí)現(xiàn)可見吸收，同時(shí)保留紅外透過性，適用于光纖通信和激光系統(tǒng)。
4. 特種黑玻璃（Black IR-Transmitting Glass）
如Schott公司的RG系列（如RG830、RG850）、Hoya的IR-absorbing filters等，通過精確控制Fe/Cu/Ni等元素含量，實(shí)現(xiàn)陡峭的截止邊緣（如650 nm以下完全吸收，800 nm以上>80%透過），是機(jī)器視覺和CCD/CMOS成像系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件。
三、關(guān)鍵性能參數(shù)
評(píng)價(jià)紅外透射可見吸收玻璃的核心指標(biāo)包括：
可見光透過率（T_vis）：通常要求<1%（400–700 nm），實(shí)現(xiàn)“視覺上不透明”； 紅外透過率（T_IR）：在目標(biāo)波段（如850 nm、1064 nm、3–5 μm）需>70%，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品可達(dá)90%以上； 截止波長(zhǎng)（Cut-off Wavelength）：從吸收到透過的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，越陡峭越好； 熱穩(wěn)定性與機(jī)械強(qiáng)度：尤其在軍事或航天應(yīng)用中需耐高溫、抗沖擊； 均勻性與氣泡/條紋缺陷：影響成像質(zhì)量，需高精度熔制工藝保障。四、制備工藝挑戰(zhàn)
此類玻璃的制備難點(diǎn)在于：
價(jià)態(tài)控制：如Fe²⁺/Fe³⁺比例直接影響吸收光譜，需在熔融過程中精確控制氧分壓； 均勻摻雜：高濃度金屬離子易導(dǎo)致析晶或相分離； 氣氛控制：硫系玻璃需在惰性或真空環(huán)境中熔制，防止氧化； 退火工藝：消除內(nèi)應(yīng)力，避免雙折射影響光學(xué)性能。五、典型應(yīng)用場(chǎng)景
紅外成像與夜視系統(tǒng)
作為保護(hù)窗口或?yàn)V光片，阻擋可見雜散光干擾，僅允許紅外信號(hào)通過，提升信噪比。
激光防護(hù)與安全
在高功率激光設(shè)備中，吸收可見泵浦光或指示光，同時(shí)透射工作波長(zhǎng)（如1064 nm Nd:YAG激光）。
機(jī)器視覺與生物識(shí)別
用于人臉識(shí)別、虹膜掃描等系統(tǒng)，屏蔽可見光干擾，增強(qiáng)近紅外特征提取精度。
天文與遙感探測(cè)
在空間望遠(yuǎn)鏡或衛(wèi)星載荷中，作為紅外通道的前置濾光元件，抑制太陽(yáng)可見光背景噪聲。
醫(yī)療與美容設(shè)備
如紅外理療儀、激光脫毛設(shè)備中，確保只有治療波段能量輸出，提高安全性。
六、發(fā)展趨勢(shì)
隨著紅外技術(shù)向長(zhǎng)波（8–14 μm大氣窗口）和超快響應(yīng)方向發(fā)展，對(duì)新型紅外透射可見吸收玻璃提出更高要求：
開發(fā)更低損耗、更寬帶紅外透過的新玻璃體系； 實(shí)現(xiàn)納米復(fù)合結(jié)構(gòu)（如量子點(diǎn)摻雜）以調(diào)控吸收邊緣； 推進(jìn)環(huán)保無鉛、無砷配方，滿足RoHS等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)； 結(jié)合鍍膜技術(shù)（如干涉濾光膜），進(jìn)一步優(yōu)化光譜選擇性。
