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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 최용규
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
초록· 키워드
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원적외선 카메라(또는 열화상 카메라)는 물체로부터 방출되거나 반사되는 적외선 파장 대역의 전자기파의 상대적인 강도를 굴절, 반사 및 회절 등의 광학 현상을 활용하여 감지한 뒤 피사체의 형상 및 온도 정보를 시각 이미지로 구현하는 결상 광학계이다. 상기 원적외선 카메라는 군수 분야에서 주로 야간투시경과 같은 특수 용도로 주로 활용되었으나, 최근 민간 산업분야에서 체열 진단, 보안, 화재 예방 및 단열시공 시 에너지 손실을 쉽게 파악할 수 있는 진단 도구와 더불어 차량용 나이트비전, 스마트시티 구현을 위한 인공지능(AI) 학습용 데이터 세트 구축 사업에 열화상 카메라가 적용되어 도심지 야간 사건/사고의 상황 분석에 활용되는 등 응용분야가 빠르게 다각화되고 있는 추세이다. 기존 열화상 카메라의 렌즈 소재는 기계적/광학적 물성이 뛰어난 단결정 Ge, Si 및 다결정 ZnSe, ZnS 등이 활용되었으나, 원소재 비용 및 단결정 성장, 다결정 기상 증착 등의 공정비용이 높은 단점이 있다. 또한 상기 결정질 재료들은 광학 설계에 적합한 형태의 렌즈로 가공되어야 하는데, 통상 다이아몬드 선삭 가공 방식과 같은 직가공을 통하여 굴절 렌즈로 제작됨에 따라 가공에 많은 시간과 비용이 소모된다. 반면, 칼코지나이드 유리 소재는 유리 특유의 점탄성 거동 특성을 활용한 몰딩 공정을 적용할 수 있어 대량생산에 매우 용이하고, 유리형성영역 내에서 상대 조성비의 제어를 통해 물성의 제어가 가능하여 광학계 요구 사양에 보다 유연하게 대응할 수 있다. 따라서 선행 연구에서는 칼코지나이드 유리를 원적외선 대역에서 활용 가능한 굴절 렌즈로 적용하기 위해 직접적인 실험을 통한 확인 절차를 거치지 않고 적외선 투과단의 위치를 조성의 함수로 평가할 수 있는 단일 평균 조화 진동자 모델을 제안하였고, 설파이드, 설포-셀레나이드, 셀레나이드 유리 대상 적외선 투과단의 조성 의존성을 검증하였다. 또한 적외선 투과단과 굴절률 분산의 상관관계를 통해 원적외선 대역 아베 다이어그램에서 기존의 상용 칼코지나이드 유리 조성이 반영하지 못하는 고분산 영역의 신규 영역을 확장한 바 있다. 현재 열화상 카메라 모듈의 소형화 추세와 더불어 다수의 렌즈가 채용되는 고품위 열화상 광학계 부품의 가격, 무게, 크기를 절감할 수 있는 광학설계를 적극적으로 지향하고 있는 실정이다. 따라서 적외선 카메라 모듈의 소형화를 위하여 높은 굴절률을 갖는 조성이 요구되며, 고품위 열화상 카메라에 채용되는 렌즈 어셈블리에는 다양한 굴절률 분산을 갖는 유리를 활용하여 색 수차를 위시한 제반 광학 수차를 제어할 수 있도록 다양한 물성을 갖는 유리 조성이 요구되는 실정이다.
이에 따라 본 연구에서는 고굴절 특성 및 다양한 분산을 갖는 칼코지나이드 유리를 제작하기 위해, 단일 평균 조화 진동자 모델에 기반하여 적외선 대역 투과단의 위치를 보다 장파장 대역으로 이동시키기 위해 유리구조의 평균 결합 에너지(Eave)를 낮춤과 동시에 몰 질량(M) 을 향상시킬 수 있는 조건을 모색하였다. 또한 굴절률이 구성 원소들의 분극률과 단위 부피당 충진 밀도에 영향을 받음에 따라 고굴절 및 저분산 특성에 공통적으로 Te 원소가 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. Te 원소의 경우, 여타 칼코진 원소와는 달리 금속성 특성이 강해 단일 원소로 통상적인 용융-급랭 공정으로는 안정한 비정질 상을 획득하기 어렵고, 이에 따라 여타 3성분계 칼코지나이드 유리와 비교하여 텔루라이드 유리는 유리 제작이 어려워 유리 형성 영역이 비교적 좁은 범위에 국한되어 있다. 따라서 본 연구에서는 Ge-Ga-Se 유리에 Se를 치환하여 Te를 첨가하는 조성 설계와 기존에 공지된 유리형성 영역을 참고하여 Ge-Se-Te 혼합 칼코진 원소로 구성되는 유리를 제작하여 특성 평가를 실시하였고, 더 나아가 Se 효과를 배제하기 위해 공지된 유리형성 영역을 참고하여 Ge-Ga-Te 유리를 직접 제작하여 물성 평가를 실시하였다. 상기 제작된 유리를 단일 평균 조화 진동자 모델에 적용한 결과 적외선 투과단의 위치(c)와 (Eave/M)0.5는 일정한 상관관계를 나타내는 것으로 확인되었다. 따라서 설파이드 유리부터 텔루라이드 유리까지 c와 (Eave/M)0.5의 상관관계를 확인한 결과 설파이드, 셀레나이드, 텔루라이드 유리는 각각 고유의 master line을 나타내며 일정한 상관관계를 나타냄이 확인되었다. 그리고 설포-셀레나이드 유리는 설파이드 유리의 연장선에, 셀레노-텔루라이드 유리는 셀레나이드 유리의 연장선에 위치하는 것을 통해 혼합 칼코진 원소가 첨가된 유리 시스템은 적외선 투과단 관점에서 비교적 가벼운 칼코진 원소에 큰 영향을 받는 것으로 확인된다. 상기 연구 결과는 Ge 기반 칼코지나이드 유리를 대상으로 직접 실험을 하지 않더라도 적외선 투과단의 위치를 비실험적으로 정량화할 수 있음을 의미한다.
적외선 투과단 위치는 기본적으로 해당 소재의 원적외선 결상 렌즈로의 적용 가능성 평가에 활용될 수 있을 뿐만 아니라 굴절률 분산에도 영향을 미침에 따라 전술한 다양한 굴절률 분산 특성을 갖는 유리 조성의 설계에도 활용이 가능할 것으로 유추된다. 따라서 제작된 Te 기반 유리의 적외선 투과단 위치와 굴절률 분산과의 상관관계를 실험적으로 확인한 결과 원적외선 대역 아베 수(10¬¬) 관점에서 적외선 투과단이 장파장 대역에 위치하는 Te 기반 유리가 높은 아베 수를 나타냄에 따라 원적외선 대역 아베 다이어그램에서 기존 상용 조성으로는 만족시킬 수 없는 초고굴절 및 저분산 영역으로의 확장이 가능하다는 것을 예증하였다.
설파이드 및 셀레나이드 단일 칼코진 유리 시스템에서는 적외선 투과단의 위치 변화에 따라 아베 수(10¬¬¬)는 큰 변화가 나타나지 않았고, 설파이드 유리에 Se 원소를, 셀레나이드 유리에 Te 원소를 첨가한 혼합 칼코진 유리 시스템에서는 투과단이 위치 변화에 아베 수(10¬¬¬)는 크게 변화하는 것이 확인되었다. 따라서 아베 수(10¬¬¬)를 효과적으로 변화시키기 위해선 혼합 칼코진 유리 시스템이 긍정적인 것으로 평가되나, Ge-Ga-Te 유리는 적외선 투과단의 위치와 아베 수(10¬¬¬)는 그 상관관계를 확인할 수 없을 정도로 큰 산포를 보이는 것으로 확인되었다. 이때 아베 수(10¬¬¬)는 굴절률과 굴절률 변화가 모두 반영된 인자이기 때문에 오직 굴절률 변화만을 확인하기 위해 10 인자를 적용하여 모든 유리를 대상으로 적외선 투과단의 위치와의 상관관계를 평가하였다. 그 결과, 기존 설파이드 및 셀레나이드 유리에서는 비교적 단파장 영역에서 발생하는 전자 천이에 의한 밴드갭 천이 효과를 배제하여 원적외선 대역의 굴절률 분산을 제어한 사례와는 달리, 일부 셀레노-텔루라이드 유리 및 텔루라이드 유리에서는 Te 함량이 특정 범위를 초과할 경우 밴드갭 에너지가 줄어들어 해당 전자 천이 흡수 효과가 8-12 m 파장 대역에 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 따라서 굴절률 변화량 관점에서는 적외선 투과단의 위치가 가장 장파장 대역에 위치하는 Ge-Ga-Te 유리가 아닌, 적외선 투과단은 장파장으로 이동함과 동시에 밴드갭 흡수에 의해 8-12 m 파장 대역의 굴절률 변화에 영향이 상대적으로 작은 Ge-Se-Te 조성계에서 Te 함량이 30 at% 수준인 유리가 굴절률 변화가 가장 낮은 것으로 확인되었다.
현재 열화상 카메라의 개발동향에 근거하면, 굴절 렌즈로서 초고굴절 및 다양한 분산 값을 갖는 조성이 요구될 것으로 예상되며 칼코지나이드 유리는 매우 유망한 소재임이 틀림없다. 이때 유리 조성설계에서 효과적인 굴절률 향상 및 저분산 특성의 구현을 위해서는 Te 원소를 미량 혹은 다량 첨가하는 것이 합리적이나, Te 원소 단일첨가만으로는 첨가 함량이 특정 범위를 초과하는 경우 밴드갭 에너지 감소에 기인하여 굴절률 분산 제어 시 한계가 있음이 본 연구를 통하여 최초로 판명되었다. 따라서 텔루라이드 유리의 결상광학계 구성을 위한 조성설계에는 설파이드 또는 셀레나이드 계열의 유리와는 상이한 기준을 적용해야 함을 알 수 있다. 즉, 텔루라이드 유리에서 관찰되는 특유의 단파장 투과단 변화와 장파장 투과단 변화를 동시에 반영하는 조성설계를 통하여 기존 단결정 소재 수준의 초고굴절 특성과 더불어 초저분산 특성을 동시에 만족하는 신규 유리의 확보가 가능할 것이며, 이를 위한 추가연구를 수행 중이다.
The consumer market for thermal-imaging optics had been considered a niche market, being stayed small in its revenue; however, in recent years, the market for infrared optics has rapidly expanded mainly due to the growing awareness of safety and security in society. In addition, demand on noncontact thermometers as well as thermal-imaging cameras operating at the long-wavelength infrared (LWIR; 812 m) range was sharply increased by the COVID-19 pandemic. Along with the existing applications in the form of night vision for a vehicle, thermal-imaging module is seeking new applications such as urban air mobility (UAM) and unmanned aerial vehicle (UAV). Lens assembly installed inside thermal camera for use in the civilian sectors needs to be cheaper, lighter and smaller, while keeping its performance being enhanced. Single-crystalline Ge has traditionally played a main role in designing LWIR-imaging lens assembly for high-resolution thermal cameras because it is not only mechanically robust but also more refractive and less dispersive. It is worth mentioning, however, that crystalline materials should undergo machining process to be formed into lenses, thus becoming less efficient to mass produce. In this regard, a qualified group of chalcogenide glass (ChG) can be selected as excellent alternative materials for use as LWIR-imaging lenses. Molding process compatibility inherently granted to ChGs is a key enabler that helps enhance productivity. Compositions of commercially available ChGs are based on either ternary Ge-(As or Sb)-Se or binary As-(Se or S) systems. Here, it is noteworthy that, besides the toxicity of As, both refractive index and its dispersion over wavelength of the existing ChGs occupy a relatively narrow region in the LWIR Abbe diagram, which needs to be further expanded to secure degrees of freedom in designing LWIR-imaging lens assembly for any desired specifications.
Based on theses considerations, in this thesis, in order to fabricate the chalcogenide glass with high refractive index and various refractive index dispersion, sought out conditions that can reduce the average bond energy (Eave) and improve the molar mass (M) of the glass structure to move the position of the infrared transmission edge to the longer wavelength side. From this viewpoint Te can be selected as an excellent candidate element to increase the refractive index and diversify the refractive index dispersion due to its high atomic polarizability and molar mass. As such, Te was introduced into samples of Ge-Ga-Se glass which were screened out of the optimal composition. It was confirmed that only a certain compositional area was able to accommodate a significantly large amount of Te. Changes of optical and thermal properties of Ge-Ga-Se glass induced by the addition of Te were described with a particular attention paid to accompanying changes of refractive index and refractive index dispersion. The ternary Ge-Se-Te glass system was also fabricated, and a composition dependence of refractive index and its dispersion was evaluated. Furthermore, in order to exclude the Se effect, ternary Ge-Ga-Te glass was manufactured with reference to the already known glass forming region, and their physical properties were evaluated. As a result of applying the seleno-telluride and telluride glasses to the single harmonic oscillator model, it was confirmed that the position of infrared transmission edge(c) and (Eave/M)0.5 exhibit a certain correlation. Therefore, in the case of Ge-based chalcogenide glass systems, it can be estimated that the c can be quantified non-experimental method.
It is inferred that the c can be used not only to evaluate the applicability of the material to the LWIR imaging lens, but also to design glass compositions with various refractive index dispersion characteristics. As a results, in the case of Te-added glasses, the c moved toward long-wavelength side in proportion to the Te content, at the same time low the refractive index dispersion. So, both refractive index and its dispersion were able to be properly engineered via control of Te content. Those glasses turned out to be covered relatively wide range of refractive index and Abbe-number in Abbe diagram in LWIR range. Also, the existing LWIR Abbe diagram of commercially available chalcogenide glasses was clearly extended to the low-dispersion and high refractive index area, thus enhancing practicality of the glass compositions as to LWIR lens applications.
Since the Abbe number(10) is a factor that reflects both the refractive index and the change of refractive index according to wavelength, the 10 parameter which reflects only the variation of refractive index is applied to seleno-telluride, telluride glasses. As a result, unlike the cases in which the refractive index dispersion is mainly engineered by excluding the Eg effect in sulfide and selenide glasses, it has been confirmed that in some seleno-telluride glasses and telluride glasses, when the Te content exceeds a certain content, the electronic transition affects the 8-12 m wavelength region. Therefore, in terms of refractive index changes, it is confirmed that the Ge-Se-Te glasses feature the lowest refractive index dispersion characteristic, not Ge-Ga-Te glasses.
Based on the recent development trend of thermal imaging camera, it is expected that a composition with high refractive index and various refractive index dispersion will be required as a LWIR-transmitting lens, and the chalcogenide glass is undoubtedly a very promising material. For the effective engineering of the refractive index and its dispersion characteristics, it is reasonable to add a small or large amount of Te element, but this study first found that there is a limit to controlling refractive index dispersion due to a decrease in Eg. So, the different criteria from sulfide or selenide glass should be applied to the composition design for the Te-added chalcogenide glasses. In other words, through a composition design that simultaneously reflects the changes in the short and long wavelength transmission edges observed in telluride glass, it will be possible to secure new glass that satisfies the ultra-low dispersion properties as well as the ultra-high refractive properties.
이에 따라 본 연구에서는 고굴절 특성 및 다양한 분산을 갖는 칼코지나이드 유리를 제작하기 위해, 단일 평균 조화 진동자 모델에 기반하여 적외선 대역 투과단의 위치를 보다 장파장 대역으로 이동시키기 위해 유리구조의 평균 결합 에너지(Eave)를 낮춤과 동시에 몰 질량(M) 을 향상시킬 수 있는 조건을 모색하였다. 또한 굴절률이 구성 원소들의 분극률과 단위 부피당 충진 밀도에 영향을 받음에 따라 고굴절 및 저분산 특성에 공통적으로 Te 원소가 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. Te 원소의 경우, 여타 칼코진 원소와는 달리 금속성 특성이 강해 단일 원소로 통상적인 용융-급랭 공정으로는 안정한 비정질 상을 획득하기 어렵고, 이에 따라 여타 3성분계 칼코지나이드 유리와 비교하여 텔루라이드 유리는 유리 제작이 어려워 유리 형성 영역이 비교적 좁은 범위에 국한되어 있다. 따라서 본 연구에서는 Ge-Ga-Se 유리에 Se를 치환하여 Te를 첨가하는 조성 설계와 기존에 공지된 유리형성 영역을 참고하여 Ge-Se-Te 혼합 칼코진 원소로 구성되는 유리를 제작하여 특성 평가를 실시하였고, 더 나아가 Se 효과를 배제하기 위해 공지된 유리형성 영역을 참고하여 Ge-Ga-Te 유리를 직접 제작하여 물성 평가를 실시하였다. 상기 제작된 유리를 단일 평균 조화 진동자 모델에 적용한 결과 적외선 투과단의 위치(c)와 (Eave/M)0.5는 일정한 상관관계를 나타내는 것으로 확인되었다. 따라서 설파이드 유리부터 텔루라이드 유리까지 c와 (Eave/M)0.5의 상관관계를 확인한 결과 설파이드, 셀레나이드, 텔루라이드 유리는 각각 고유의 master line을 나타내며 일정한 상관관계를 나타냄이 확인되었다. 그리고 설포-셀레나이드 유리는 설파이드 유리의 연장선에, 셀레노-텔루라이드 유리는 셀레나이드 유리의 연장선에 위치하는 것을 통해 혼합 칼코진 원소가 첨가된 유리 시스템은 적외선 투과단 관점에서 비교적 가벼운 칼코진 원소에 큰 영향을 받는 것으로 확인된다. 상기 연구 결과는 Ge 기반 칼코지나이드 유리를 대상으로 직접 실험을 하지 않더라도 적외선 투과단의 위치를 비실험적으로 정량화할 수 있음을 의미한다.
적외선 투과단 위치는 기본적으로 해당 소재의 원적외선 결상 렌즈로의 적용 가능성 평가에 활용될 수 있을 뿐만 아니라 굴절률 분산에도 영향을 미침에 따라 전술한 다양한 굴절률 분산 특성을 갖는 유리 조성의 설계에도 활용이 가능할 것으로 유추된다. 따라서 제작된 Te 기반 유리의 적외선 투과단 위치와 굴절률 분산과의 상관관계를 실험적으로 확인한 결과 원적외선 대역 아베 수(10¬¬) 관점에서 적외선 투과단이 장파장 대역에 위치하는 Te 기반 유리가 높은 아베 수를 나타냄에 따라 원적외선 대역 아베 다이어그램에서 기존 상용 조성으로는 만족시킬 수 없는 초고굴절 및 저분산 영역으로의 확장이 가능하다는 것을 예증하였다.
설파이드 및 셀레나이드 단일 칼코진 유리 시스템에서는 적외선 투과단의 위치 변화에 따라 아베 수(10¬¬¬)는 큰 변화가 나타나지 않았고, 설파이드 유리에 Se 원소를, 셀레나이드 유리에 Te 원소를 첨가한 혼합 칼코진 유리 시스템에서는 투과단이 위치 변화에 아베 수(10¬¬¬)는 크게 변화하는 것이 확인되었다. 따라서 아베 수(10¬¬¬)를 효과적으로 변화시키기 위해선 혼합 칼코진 유리 시스템이 긍정적인 것으로 평가되나, Ge-Ga-Te 유리는 적외선 투과단의 위치와 아베 수(10¬¬¬)는 그 상관관계를 확인할 수 없을 정도로 큰 산포를 보이는 것으로 확인되었다. 이때 아베 수(10¬¬¬)는 굴절률과 굴절률 변화가 모두 반영된 인자이기 때문에 오직 굴절률 변화만을 확인하기 위해 10 인자를 적용하여 모든 유리를 대상으로 적외선 투과단의 위치와의 상관관계를 평가하였다. 그 결과, 기존 설파이드 및 셀레나이드 유리에서는 비교적 단파장 영역에서 발생하는 전자 천이에 의한 밴드갭 천이 효과를 배제하여 원적외선 대역의 굴절률 분산을 제어한 사례와는 달리, 일부 셀레노-텔루라이드 유리 및 텔루라이드 유리에서는 Te 함량이 특정 범위를 초과할 경우 밴드갭 에너지가 줄어들어 해당 전자 천이 흡수 효과가 8-12 m 파장 대역에 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 따라서 굴절률 변화량 관점에서는 적외선 투과단의 위치가 가장 장파장 대역에 위치하는 Ge-Ga-Te 유리가 아닌, 적외선 투과단은 장파장으로 이동함과 동시에 밴드갭 흡수에 의해 8-12 m 파장 대역의 굴절률 변화에 영향이 상대적으로 작은 Ge-Se-Te 조성계에서 Te 함량이 30 at% 수준인 유리가 굴절률 변화가 가장 낮은 것으로 확인되었다.
현재 열화상 카메라의 개발동향에 근거하면, 굴절 렌즈로서 초고굴절 및 다양한 분산 값을 갖는 조성이 요구될 것으로 예상되며 칼코지나이드 유리는 매우 유망한 소재임이 틀림없다. 이때 유리 조성설계에서 효과적인 굴절률 향상 및 저분산 특성의 구현을 위해서는 Te 원소를 미량 혹은 다량 첨가하는 것이 합리적이나, Te 원소 단일첨가만으로는 첨가 함량이 특정 범위를 초과하는 경우 밴드갭 에너지 감소에 기인하여 굴절률 분산 제어 시 한계가 있음이 본 연구를 통하여 최초로 판명되었다. 따라서 텔루라이드 유리의 결상광학계 구성을 위한 조성설계에는 설파이드 또는 셀레나이드 계열의 유리와는 상이한 기준을 적용해야 함을 알 수 있다. 즉, 텔루라이드 유리에서 관찰되는 특유의 단파장 투과단 변화와 장파장 투과단 변화를 동시에 반영하는 조성설계를 통하여 기존 단결정 소재 수준의 초고굴절 특성과 더불어 초저분산 특성을 동시에 만족하는 신규 유리의 확보가 가능할 것이며, 이를 위한 추가연구를 수행 중이다.
The consumer market for thermal-imaging optics had been considered a niche market, being stayed small in its revenue; however, in recent years, the market for infrared optics has rapidly expanded mainly due to the growing awareness of safety and security in society. In addition, demand on noncontact thermometers as well as thermal-imaging cameras operating at the long-wavelength infrared (LWIR; 812 m) range was sharply increased by the COVID-19 pandemic. Along with the existing applications in the form of night vision for a vehicle, thermal-imaging module is seeking new applications such as urban air mobility (UAM) and unmanned aerial vehicle (UAV). Lens assembly installed inside thermal camera for use in the civilian sectors needs to be cheaper, lighter and smaller, while keeping its performance being enhanced. Single-crystalline Ge has traditionally played a main role in designing LWIR-imaging lens assembly for high-resolution thermal cameras because it is not only mechanically robust but also more refractive and less dispersive. It is worth mentioning, however, that crystalline materials should undergo machining process to be formed into lenses, thus becoming less efficient to mass produce. In this regard, a qualified group of chalcogenide glass (ChG) can be selected as excellent alternative materials for use as LWIR-imaging lenses. Molding process compatibility inherently granted to ChGs is a key enabler that helps enhance productivity. Compositions of commercially available ChGs are based on either ternary Ge-(As or Sb)-Se or binary As-(Se or S) systems. Here, it is noteworthy that, besides the toxicity of As, both refractive index and its dispersion over wavelength of the existing ChGs occupy a relatively narrow region in the LWIR Abbe diagram, which needs to be further expanded to secure degrees of freedom in designing LWIR-imaging lens assembly for any desired specifications.
Based on theses considerations, in this thesis, in order to fabricate the chalcogenide glass with high refractive index and various refractive index dispersion, sought out conditions that can reduce the average bond energy (Eave) and improve the molar mass (M) of the glass structure to move the position of the infrared transmission edge to the longer wavelength side. From this viewpoint Te can be selected as an excellent candidate element to increase the refractive index and diversify the refractive index dispersion due to its high atomic polarizability and molar mass. As such, Te was introduced into samples of Ge-Ga-Se glass which were screened out of the optimal composition. It was confirmed that only a certain compositional area was able to accommodate a significantly large amount of Te. Changes of optical and thermal properties of Ge-Ga-Se glass induced by the addition of Te were described with a particular attention paid to accompanying changes of refractive index and refractive index dispersion. The ternary Ge-Se-Te glass system was also fabricated, and a composition dependence of refractive index and its dispersion was evaluated. Furthermore, in order to exclude the Se effect, ternary Ge-Ga-Te glass was manufactured with reference to the already known glass forming region, and their physical properties were evaluated. As a result of applying the seleno-telluride and telluride glasses to the single harmonic oscillator model, it was confirmed that the position of infrared transmission edge(c) and (Eave/M)0.5 exhibit a certain correlation. Therefore, in the case of Ge-based chalcogenide glass systems, it can be estimated that the c can be quantified non-experimental method.
It is inferred that the c can be used not only to evaluate the applicability of the material to the LWIR imaging lens, but also to design glass compositions with various refractive index dispersion characteristics. As a results, in the case of Te-added glasses, the c moved toward long-wavelength side in proportion to the Te content, at the same time low the refractive index dispersion. So, both refractive index and its dispersion were able to be properly engineered via control of Te content. Those glasses turned out to be covered relatively wide range of refractive index and Abbe-number in Abbe diagram in LWIR range. Also, the existing LWIR Abbe diagram of commercially available chalcogenide glasses was clearly extended to the low-dispersion and high refractive index area, thus enhancing practicality of the glass compositions as to LWIR lens applications.
Since the Abbe number(10) is a factor that reflects both the refractive index and the change of refractive index according to wavelength, the 10 parameter which reflects only the variation of refractive index is applied to seleno-telluride, telluride glasses. As a result, unlike the cases in which the refractive index dispersion is mainly engineered by excluding the Eg effect in sulfide and selenide glasses, it has been confirmed that in some seleno-telluride glasses and telluride glasses, when the Te content exceeds a certain content, the electronic transition affects the 8-12 m wavelength region. Therefore, in terms of refractive index changes, it is confirmed that the Ge-Se-Te glasses feature the lowest refractive index dispersion characteristic, not Ge-Ga-Te glasses.
Based on the recent development trend of thermal imaging camera, it is expected that a composition with high refractive index and various refractive index dispersion will be required as a LWIR-transmitting lens, and the chalcogenide glass is undoubtedly a very promising material. For the effective engineering of the refractive index and its dispersion characteristics, it is reasonable to add a small or large amount of Te element, but this study first found that there is a limit to controlling refractive index dispersion due to a decrease in Eg. So, the different criteria from sulfide or selenide glass should be applied to the composition design for the Te-added chalcogenide glasses. In other words, through a composition design that simultaneously reflects the changes in the short and long wavelength transmission edges observed in telluride glass, it will be possible to secure new glass that satisfies the ultra-low dispersion properties as well as the ultra-high refractive properties.
목차
- 제1장 서론 11.1. 연구 배경 11.2. 참고 문헌 7제2장 실험 방법 92.1. 시편 제작 92.2. 시험 분석기 및 측정 조건 112.2.1. Goniometer-spectrometer 112.2.2. Infrared spectroscopic ellipsometer 122.2.3. 푸리에 변환 적외선 분광기 측정 122.2.4. UV-Vis-NIR 분광기 측정 132.2.5. 시차 주사 열량계 측정 132.2.6. 비커스 경도 측정 13제3장 원적외선 파장 대역을 활용하는 결상 렌즈 143.1. 적외선 대역 대기 투과창 143.2. 원적외선 카메라 개발 동향 173.3. 결정질 광학 소재 193.4. 비정질 광학 소재 233.5. 칼코지나이드 유리 253.5.1. 적외선 투과단 303.5.1.1. 단일 평균 조화 진동자 모델 333.5.2. 굴절률 373.5.3. 굴절률의 파장 의존성 413.5.3.1. 적외선 투과단의 위치와 굴절률 분산의 상관관계 503.5.4. 신조성 광학유리 개발 동향 543.5.4.1. 높은 굴절률 값을 갖는 유리의 필요성 553.5.4.2. 낮은 굴절률 분산 특성을 갖는 유리의 필요성 583.6. 참고문헌 61제4장 셀레노-텔루라이드계 칼코지나이드 유리 654.1. 서론 654.2. 4성분계 Ge-Ga-Se-Te 유리 제작. 684.2.1. 광학적/열적 특성. 724.3. 3성분계 Ge-Se-Te 유리 제작. 824.3.1. 광학적 특성. 854.4. 적외선 투과단 위치의 조성 의존성 864.5. 적외선 투과단 위치와 굴절률 분산의 상관관계. 874.6. 결상 렌즈 적용 사례. 904.7. 참고문헌. 91제5장 텔루라이드계 칼코지나이드 유리 945.1. 서론 945.2. 3성분계 Ge-Ga-Te 유리 제작. 975.2.1. 광학적 특성. 985.2.1.1. 적외선 투과단 위치의 조성 의존성 1005.2.1.2. 적외선 투과단 위치와 굴절률 분산의 상관관계 1045.3. 열적/기계적 물성. 1085.4. 참고문헌. 112제6장 굴절률 분산에 대한 고찰 1156.1. Ge 기반 칼코지나이드 유리의 c 와 (Eave/M)0.5의 관계 1156.2. 확장된 원적외선 대역의 아베 다이어그램. 1186.3. Ge 기반 칼코지나이드 유리의 c 와 10의 관계 1206.3.1. 원적외선 대역 아베 수에 대한 고찰 1216.3.2. 원적외선 대역 굴절률 변화(10) 파라미터 도출 1256.4. Te함량에 따른 적외선 대역 굴절률 변화. 1296.4.1. Te 함량에 따른 근적외선 및 원적외선 대역 투과단 변화 1316.5. Eg 영향을 반영한 c와 굴절률 변화의 상관관계. 1346.6. 참고문헌. 135제7장 결론 137제8장 추가 연구 내용 140
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