定义
适用于红外光的光学元件和系统。
许多光学元件和系统需要使用红外光 - 有时除了可见光之外，但通常仅在红外光谱区域。 有些是作为特定波长的激光线光学元件制造的，而另一些则在宽波长范围内工作。 特别是对于在相对较长波长（中红外和远红外）下工作的组件，术语红外光学很常见。 甚至更长的波长区域，例如太赫兹辐射，通常被认为在红外光学区域之外。
某些长波长发射的激光器需要红外光学元件 - 例如一氧化碳2激光器工作在 10.6 μm。 由于高功率水平，必须达到激光光学器件的极低吸收损耗。 同样，许多光参量振荡器和放大器发射长波长的光，这通常是在相对较宽的波长区域，因此需要宽带红外光学器件。
红外成像和视觉应用也依赖于红外光学器件。红外观察者通常只在近红外区域工作，而热成像（热成像）需要在相当长的波长下进行，除非观察到的物体的温度很高。 应用领域的例子包括安全成像、机器视觉和防御（例如导弹）。
另一个重要的应用领域是光谱学，因为许多有趣的转变，例如用于识别痕量气体的跃迁都在红外线中（通常在中红外中）。
常用的红外光学元件包括透镜（也是消色差透镜）、反射镜、分束镜、棱镜、滤光片、光学窗口和偏振片。 这些可以单独提供，也可以作为更复杂的光学组件的部件提供。
红外线的透明度
光学元件使用红外光的一个基本条件是光学材料获得透明度（即低吸收和散射损耗的传播），特别是对于透镜和棱镜等元件，其中传播长度可能很大，但通常也适用于介电涂层。
许多在可见光范围内透明的光学材料在近红外中也表现出良好的透明度，但对于较长的波长（中红外和远红外）则不然。
这种具有相对尖锐的红外吸收边缘的行为是典型的；它是由多声子吸收引起的。 这个过程设置在光子能量只是最大声子能量的一小部分，因此光子的能量可以转换为几个声子的能量。 对于较短的光波长（较高的光子能量），这种过程具有更高的阶数（即涉及更多的声子）并且迅速变得非常弱。 同样，如果选择的材料使其具有低声子能量，即其晶格的相对缓慢的振动，它会有所帮助。 通常，对于成分相对较重的材料，情况就是如此。 同时，这种材料通常表现出很小的带隙能量，这导致对较短波长的强吸收：透明范围的两边都向较长的波长偏移。 因此，这些材料通常在可见光谱区域表现出强烈的吸收。 由于仅在蓝色区域吸收，其中一些看起来是黄色或橙色，而另一些甚至完全不透明。
红外光学材料
红外材料可以是（单）晶体，玻璃，半导体或金属。 用于红外光学的一些典型材料如下所述：
- 熔融石英（SiO2）是一种极好的光学材料，可用波长约为3μm，但取决于所含的杂质，具有大量吸收带，例如OH含量约为2.2μm和2.7μm。 结晶石英（也化学二氧化硅2） 是类似的。
- 其他一些材料，在光学不可分割光谱范围内很常见，也适用于近红外 - 例如，像BK7（硼硅酸盐冠玻璃）这样的玻璃。
- 蓝宝石是最坚硬、最耐用的光学材料之一（但难以加工），从紫外线到约 6 μm 都是透明的。 它还表现出优异的导热性。
有许多红外材料，它们在各个方面差异很大。
- 各种氟化物，如氟化钙（CaF2）， 氟化钡 （BaF2）、氟化镁（MgF2）和氟化锂（LiF）作为晶体材料非常常见，部分也用于介电涂层。 例如，MgF2通常用于增透膜。 氟化物通常提供从近紫外到中红外的宽透明度范围。 还有氟化物玻璃，例如氟锆酸盐、氟铝酸盐和氟酸盐玻璃。
- 使用一些硒化物（如硒化锌（ZnSe）和硫化锌（ZnS）也可以获得相当宽的透明度范围；这些坚固的材料通常用于CO2激光光学。 它们也可用作稀土掺杂激光增益介质，特别是铬掺杂。 还有碲化物，特别是碲化镉（CdTe），用于12μm至25μm。
- 溴化铯（CsBr）和碘化铯（CsI）也适用于非常长的波长（后者甚至高达约40μm）。 氯化钾（KCl）具有从紫外到中红外（约0.3μm至21μm）的特别广泛的可用波长范围。 氯化钠（NaCl）更耐用，但非常脆弱。 这种离子物质可溶于水，吸湿性强。
- 此外，还有一些硫族化物玻璃含有硫、硒、砷、锗和银等物质。 它们通常以某些商品名称出售，没有指定确切的化学成分。 这种玻璃可用于玻璃成型工艺。
- 硅、锗和砷化镓等半导体在可见光区域完全不透明，具有良好的红外透明度。 它们具有相当高的折射率。
- 各种金属可用于红外反射镜的反射涂层，即铜、铝、银、金和不锈钢，以及各种金属合金，如铬镍。 它们通常作为第一面镜子制成。
拥有广泛的此类材料非常重要，因为应用需要考虑各种特性：
- 从最基本的光学特性开始，透射波段大不相同，通常不包括用于特定应用的整个材料范围。 这些材料还具有非常不同的折射率和色散值。 许多红外材料表现出相当强的光学非线性。
- 获得宽带增透膜的可能性取决于折射率和合适镀膜材料的可用性。
- 一些材料具有非常高的热膨胀系数和热光学系数（例如dn / dT），与残余吸收相结合会导致强烈的热光学效应，例如热透镜。
- 在机械坚固性方面存在很大差异：有些产品非常脆弱或非常柔软，而另一些则坚固耐用。 切割和表面精加工需要不同的光学制造技术，在实际可实现的表面质量（例如划痕-挖掘规格）方面的结果也有很大差异。
- 有些材料具有很强的吸湿性，因此只能在无湿度的环境中使用。
- 一些红外材料（通常是波长最长的材料）含有剧毒物质，如铊和镉，这在符合ROHS的背景下也是一个问题，而其他材料不会造成任何环境危害。
请注意，不仅有红外体光学器件，还有中红外光纤，例如氟化物光纤。
散射
当然，在长光波长下散射过程相对较弱。 例如，瑞利散射的强度 - 在远小于波长的物体上的散射 - 与波长的反四次方成比例。 因此，散射损耗通常不是红外光学器件的严重问题 - 与紫外光学形成鲜明对比 - 尽管红外材料的均匀性通常并不完美。
