বোঝার জন্য একটি প্রবন্ধ: কেন মধ্য থেকে দূর-ইনফ্রারেড অপটিক্যাল ফিল্টারের জন্য চ্যালকোজেনাইড গ্লাস একটি অপরিহার্য মূল উপাদান

যেকোনো ইনফ্রারেড অপটিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারকে যদি জিজ্ঞাসা করা হয় যে মধ্য থেকে দূর-ইনফ্রারেড ব্যান্ডে সবচেয়ে কঠিন উপাদান নির্বাচনের সমস্যা কোনটি, তাহলে আপনি সম্ভবত একই উত্তর পাবেন: এমন একটি উপাদান খুঁজে বের করা—যা একই সাথে মধ্য থেকে দূর-ইনফ্রারেডে অত্যন্ত স্বচ্ছ, যান্ত্রিকভাবে যথেষ্ট মজবুত এবং বাস্তব কর্মপরিবেশে টিকে থাকতে সক্ষম—তা অত্যন্ত কঠিন।

জার্মেনিয়াম ভালো, কিন্তু ব্যয়বহুল এবং এর একটি নির্দিষ্ট সীমা রয়েছে। ফ্লোরাইড স্ফটিকের সঞ্চালন পরিসীমা বিস্তৃত, কিন্তু এগুলো অত্যন্ত আর্দ্রতাগ্রাহী এবং সামান্য আর্দ্র অবস্থাতেও দ্রবীভূত হতে শুরু করে। সিলিকন মধ্য-ইনফ্রারেডে মোটামুটি ভালো কাজ করে, কিন্তু ৮μm-এর পর এর সঞ্চালন ক্ষমতা লক্ষণীয়ভাবে কমতে শুরু করে এবং দীর্ঘতর দূর-ইনফ্রারেড তরঙ্গদৈর্ঘ্যের জন্য অনুপযুক্ত হয়ে পড়ে।

এই নির্বাচনগত দ্বিধার কয়েকটি পদ্ধতিগত সমাধানের মধ্যে চ্যালকোজেনাইড গ্লাস অন্যতম।

চ্যালকোজেনাইড গ্লাস কী এবং কেন এটি মধ্য-থেকে-দূর-ইনফ্রারেড অঞ্চলে উৎকৃষ্ট?

চ্যালকোজেনাইড গ্লাস একটি অনিয়তাকার কাচ উপাদান যা প্রধানত গ্রুপ VI মৌল—সালফার (S), সেলেনিয়াম (Se), এবং টেলুরিয়াম (Te) দ্বারা গঠিত। এর সাধারণ গঠনগুলোর মধ্যে রয়েছে As–S, As–Se, Ge–Sb–Se, Ge–As–Se–Te এবং আরও বিভিন্ন ধরনের ফর্মুলেশন।

মধ্য থেকে দূর-ইনফ্রারেড পরিসরে এর চমৎকার সঞ্চালনের মূল কারণ হলো এর রাসায়নিক বন্ধনগুলোর তুলনামূলকভাবে কম বন্ধন শক্তি।

ইনফ্রারেড সঞ্চালন কোনো পদার্থের ফোনন কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি দ্বারা নির্ধারিত হয়—পরমাণুগুলোর মধ্যকার রাসায়নিক বন্ধনের কম্পন ফ্রিকোয়েন্সি ইনফ্রারেড আলোর শোষণ প্রান্ত নির্ধারণ করে। কম বন্ধন শক্তি এবং উচ্চ পারমাণবিক ভরের ফলে ফোনন ফ্রিকোয়েন্সি কম হয়, যা পদার্থটিকে দীর্ঘতর ইনফ্রারেড তরঙ্গদৈর্ঘ্য সঞ্চালন করতে সক্ষম করে।

চ্যালকোজেন মৌলগুলোর পারমাণবিক ভর বেশি। যখন এরা আর্সেনিক, জার্মেনিয়াম এবং অন্যান্য মৌলের সাথে রাসায়নিক বন্ধন তৈরি করে, তখন বন্ধন শক্তি কম হয় এবং ফোনন কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি ১০μm বা তারও বেশি পর্যন্ত বিস্তৃত হতে পারে। এর ফলে চ্যালকোজেনাইড গ্লাস সম্পূর্ণ ৮–১৪μm দীর্ঘ-তরঙ্গ ইনফ্রারেড পরিসর এবং তার বাইরেও উচ্চ ট্রান্সমিট্যান্স বজায় রাখতে পারে। এর বিপরীতে, SiO₂-এর মতো অক্সাইড গ্লাসের Si–O বন্ধন শক্তি বেশি থাকে এবং এদের ফোনন কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি প্রায় ৪–৫μm হয়, যা এদেরকে দীর্ঘ-তরঙ্গ ইনফ্রারেডে সম্পূর্ণ অস্বচ্ছ করে তোলে—ঠিক এই কারণেই আপনি একটি থার্মাল ইমেজার দিয়ে সাধারণ কাচের মধ্য দিয়ে কিছুই দেখতে পান না।

চ্যালকোজেনাইড গ্লাসের বিভিন্ন ফর্মুলেশনের ট্রান্সমিশন রেঞ্জ ভিন্ন ভিন্ন হয়। সালফার-ভিত্তিক সিস্টেমের (যেমন, As₂S₃) ট্রান্সমিশন উইন্ডো প্রায় ০.৬μm থেকে ১১μm পর্যন্ত বিস্তৃত। সেলেনিয়াম-ভিত্তিক সিস্টেম (যেমন, As₂Se₃) ১৫μm-এরও বেশি পর্যন্ত বিস্তৃত হতে পারে। টেলুরিয়াম-ভিত্তিক সিস্টেমের ট্রান্সমিশন আরও বেশি বিস্তৃত, যা ২০μm-এরও উপরে পৌঁছায়। এই টিউনিবিলিটি চ্যালকোজেনাইড গ্লাসকে মিড-ওয়েভ থেকে লং-ওয়েভ এবং এমনকি ভেরি-লং-ওয়েভ ইনফ্রারেড পর্যন্ত একাধিক অ্যাপ্লিকেশন ব্যান্ড কভার করার সুযোগ দেয়, যা যেকোনো একক ক্রিস্টালাইন উপাদানের তুলনায় অনেক বেশি নমনীয়তা প্রদান করে।

জার্মেনিয়ামের সাথে তুলনা: উভয়েরই নিজস্ব শক্তি রয়েছে, কিন্তু চ্যালকোজেনাইড গ্লাস এক অনন্য অপরিহার্যতা প্রদান করে।

মধ্যম থেকে দূর-ইনফ্রারেড অপটিক্সে জার্মেনিয়াম সবচেয়ে বহুল ব্যবহৃত উপাদান। ৮–১৪μm পরিসরে এর প্রতিসরাঙ্ক প্রায় ৪.০, যা চমৎকার আলো সংগ্রহের ক্ষমতা প্রদান করে এবং এই কারণে এটি থার্মাল ইমেজিং লেন্সের জন্য একটি প্রধান পছন্দ।

তবে, জার্মেনিয়ামের তিনটি উল্লেখযোগ্য সীমাবদ্ধতা রয়েছে:

প্রথমত, মূল্যের অস্থিরতা। জার্মেনিয়াম একটি দুর্লভ ধাতু যার বৈশ্বিক সরবরাহ অত্যন্ত কেন্দ্রীভূত। রপ্তানি নীতি এবং পরবর্তী চাহিদার প্রভাবে এর দাম কয়েক বছরের মধ্যে দ্বিগুণ বা অর্ধেক হয়ে যেতে পারে, যা সরবরাহ শৃঙ্খলে উল্লেখযোগ্য ঝুঁকি তৈরি করে।

দ্বিতীয়ত, সীমিত কাঠিন্য। জার্মেনিয়ামের ভিকার্স কাঠিন্য প্রায় ৭৮০এইচভি। বালি, ধুলো বা বৃষ্টির মতো প্রতিকূল পরিবেশে এর পৃষ্ঠতল ঘর্ষণ ও আঁচড়ের শিকার হয়, যা অপেক্ষাকৃত কঠিন পদার্থের তুলনায় জানালা বা ফিল্টারের ভিত্তি হিসেবে এর দীর্ঘমেয়াদী ব্যবহারকে সীমিত করে।

তৃতীয়ত, একটি সসীম সঞ্চালন পরিসীমা। জার্মেনিয়ামের সঞ্চালন পরিসর প্রায় ২–১৫μm, এবং ১৫μm-এর পর এর সঞ্চালন ক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়।

চ্যালকোজেনাইড গ্লাস এই তিনটি মাত্রায় ভিন্নভাবে কাজ করে, কিন্তু সঞ্চালন পরিসরের ক্ষেত্রে এর সুবিধাটি হলো কাঠামোগত—অতি-দীর্ঘ-তরঙ্গ ইনফ্রারেডে ১২μm-এর বেশি পরিধি প্রয়োজন এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য, চ্যালকোজেনাইড গ্লাস কয়েকটি বাস্তবসম্মত বিকল্পের মধ্যে অন্যতম। উপরন্তু, একটি অনিয়তাকার পদার্থ হওয়ায়, চ্যালকোজেনাইড গ্লাসকে ছাঁচনির্মাণ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে জটিল পৃষ্ঠতল প্রোফাইলে ব্যাপকভাবে উৎপাদন করা যায়, যার উৎপাদন খরচ জার্মেনিয়ামের সূক্ষ্ম মেশিনিংয়ের চেয়ে কম, যা এটিকে বৃহৎ পরিসরের বেসামরিক প্রয়োগের জন্য অত্যন্ত উপযুক্ত করে তোলে।

ডিএলসি কোটিং: চ্যালকোজেনাইড গ্লাসের কাঠিন্যগত ঘাটতির সমাধান

চ্যালকোজেনাইড গ্লাসের একটি উল্লেখযোগ্য যান্ত্রিক দুর্বলতা হলো এর কাঠিন্য কম, সাধারণত ১০০-২০০ এইচভি (HV) পরিসরে থাকে, যা জার্মেনিয়াম (৭৮০ এইচভি) এবং সিলিকনের (১০০০ এইচভি) তুলনায় অনেক কম। বালি ও ধুলোযুক্ত বাইরের পরিবেশে, অথবা ঘন ঘন পরিষ্কারের প্রয়োজন হয় এমন শিল্পক্ষেত্রে একটি প্রলেপহীন চ্যালকোজেনাইড গ্লাসের পৃষ্ঠের পর্যাপ্ত ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা থাকে না—যা প্রতিকূল পরিস্থিতিতে এর কার্যকাল সীমিত করে দেয়।

এই সমস্যার সবচেয়ে উন্নত প্রযুক্তিগত সমাধান হলো ডিএলসি (ডায়মন্ড-লাইক কার্বন) কোটিং।

ডিএলসি হলো একটি অনিয়তাকার কার্বন ফিল্ম, যার ভিকার্স কাঠিন্য সাধারণত ১৫০০ থেকে ৩০০০ এইচভি পর্যন্ত হয়ে থাকে, ঘর্ষণ সহগ কম (শুষ্ক অবস্থায় প্রায় ০.০৫–০.১৫) এবং মধ্য থেকে দূর-ইনফ্রারেড ব্যান্ডে এর সঞ্চালন ক্ষমতা ভালো। চ্যালকোজেনাইড কাচের পৃষ্ঠে এটি জমা করা হলে, এটি ক্ষয়, আঁচড় এবং মরিচার বিরুদ্ধে সাবস্ট্রেটের প্রতিরোধ ক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে বাড়িয়ে তোলে, এবং একই সাথে ইনফ্রারেড সঞ্চালন ক্ষমতার উপর এর প্রভাবকে ১–২ শতাংশ পয়েন্টের মধ্যে সীমাবদ্ধ রাখে।

এই সংমিশ্রণের তাৎপর্য হলো, চ্যালকোজেনাইড গ্লাস ব্রডব্যান্ড মধ্য-থেকে-দূর-ইনফ্রারেড সঞ্চালন প্রদান করে, অপরদিকে ডিএলসি যান্ত্রিক সুরক্ষা প্রদান করে। একত্রে, তারা এমন দুটি বৈশিষ্ট্য—"ব্রডব্যান্ড সঞ্চালন" এবং "পরিবেশগত স্থায়িত্ব"—একটি একক অপটিক্যাল উপাদানের মধ্যে একীভূত করে, যা একটি একক উপাদানে সচরাচর একসাথে অর্জন করা যায় না।

মাল্টি আইআর (MULTI IR) স্বাধীনভাবে ডিএলসি-কোটেড চ্যালকোজেনাইড গ্লাস ফিল্টার তৈরি করেছে, যার প্রক্রিয়াগুলো আর্সেনিক-সালফার (As–S), আর্সেনিক-সেলেনিয়াম (As–Se), এবং জার্মেনিয়াম-অ্যান্টিমনি-সেলেনিয়াম (Ge–Sb–Se) সহ একাধিক সাবস্ট্রেট সিস্টেমকে অন্তর্ভুক্ত করে। এই সাবস্ট্রেটগুলোর জন্য ডিএলসি ফিল্মের আনুগত্য এবং একরূপতা বিশেষভাবে অপ্টিমাইজ করা হয়েছে। বিভিন্ন চ্যালকোজেনাইড গ্লাস সাবস্ট্রেট এবং ডিএলসি ফিল্মের মধ্যে তাপীয় প্রসারণ সহগের সামঞ্জস্য উল্লেখযোগ্যভাবে ভিন্ন হয়, যা ডিএলসি স্তরের আনুগত্য স্থিতিশীলতাকে সরাসরি প্রভাবিত করে—এটি চ্যালকোজেনাইড গ্লাসের উপর ডিএলসি কোটিং করার সবচেয়ে প্রযুক্তিগতভাবে চ্যালেঞ্জিং দিক এবং উৎপাদনের ধারাবাহিকতা নিয়ন্ত্রণের জন্য সবচেয়ে কঠিন অংশ। বর্তমানে, মাল্টি আইআর-এর ডিএলসি-কোটেড চ্যালকোজেনাইড গ্লাস পণ্যগুলো সামরিক ইনফ্রারেড জানালা, শিল্পক্ষেত্রে থার্মাল ইমেজিং এবং স্বয়ংচালিত দীর্ঘ-তরঙ্গ ইনফ্রারেড সিস্টেমসহ বিভিন্ন ক্ষেত্রে ব্যবহৃত হচ্ছে।

চ্যালকোজেনাইড গ্লাস ফিল্টার নির্বাচনের মূল মানদণ্ড

আবেদন-স্তরের নির্বাচনের জন্য সাধারণত তিনটি বিষয় নিশ্চিত করতে হয়:

১. অপারেটিং ব্যান্ডের প্রয়োজনীয়তা। বিভিন্ন চ্যালকোজেনাইড গ্লাস ফর্মুলেশনের ট্রান্সমিশন উইন্ডো ভিন্ন ভিন্ন হয়। ৮–১২μm ব্যান্ডের অ্যাপ্লিকেশনের জন্য সাধারণত As–Se সিস্টেমই যথেষ্ট। ১৪μm-এর বেশি পরিসরের প্রয়োজনের জন্য টেলুরিয়াম-যুক্ত বা উচ্চ-সেলেনিয়াম-যুক্ত ফর্মুলেশন প্রয়োজন হয়। যদি সাবস্ট্রেট ফর্মুলেশন ভুলভাবে নির্বাচন করা হয় এবং ট্রান্সমিট্যান্স নির্দিষ্ট মান পূরণ করতে ব্যর্থ হয়, তবে পরবর্তী কোনো কোটিং প্রক্রিয়াই এর ক্ষতিপূরণ করতে পারে না।

২. যান্ত্রিক পরিবেশগত প্রয়োজনীয়তা। স্থায়ী অভ্যন্তরীণ স্থাপনার জন্য, প্রলেপবিহীন চ্যালকোজেনাইড গ্লাস সাবস্ট্রেট ব্যবহার করা যেতে পারে, তবে ডিএলসি কোটিং যোগ করলে খরচ বেড়ে যায়। বালি, ধুলো, বৃষ্টি বা কম্পনযুক্ত বহিরাঙ্গন, মোটরগাড়ি, আকাশযান বা সামুদ্রিক প্রয়োগের ক্ষেত্রে ডিএলসি কোটিং অপরিহার্য। কার্যপরিবেশের উপর নির্ভর করে কোটিং প্রয়োজন কিনা, এবং এর পাশাপাশি ডিএলসি স্তরের পুরুত্ব ও কাঠিন্যের নির্দিষ্টকরণও নির্ধারিত হয়।

৩. সঞ্চালন ও অবরোধের মধ্যে আপেক্ষিক সম্পর্ক। চ্যালকোজেনাইড গ্লাস ফিল্টারের ট্রান্সমিট্যান্স সাবস্ট্রেট শোষণ এবং পৃষ্ঠ প্রতিফলন উভয় দ্বারাই প্রভাবিত হয়। অ্যান্টি-রিফ্লেক্টিভ কোটিং সর্বোচ্চ ট্রান্সমিট্যান্সকে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করতে পারে, কিন্তু এর নকশা অবশ্যই ডিএলসি স্তরের আলোকীয় বৈশিষ্ট্যের সাথে একত্রে বিবেচনা করতে হবে—এগুলোকে স্বাধীনভাবে অপ্টিমাইজ করা যায় না।

সামরিক থার্মাল ইমেজিং সিস্টেমের ডিটেক্টর উইন্ডো থেকে শুরু করে বেসামরিক গ্যাস অ্যানালাইজারের ফিল্টার ফ্রন্ট-এন্ড পর্যন্ত, মধ্য-থেকে-দূর-ইনফ্রারেড ক্ষেত্রে চ্যালকোজেনাইড গ্লাসের বিস্তৃত প্রয়োগক্ষেত্র এই উপাদানটির অনন্য ভৌত বৈশিষ্ট্যকে প্রতিফলিত করে: খুব কম উপাদানই সম্পূর্ণ ৮–১৪μm উইন্ডো জুড়ে একই সাথে উচ্চ ট্রান্সমিট্যান্স, প্রক্রিয়াকরণযোগ্যতা এবং যুক্তিসঙ্গত ব্যয় নিয়ন্ত্রণ বজায় রাখতে পারে।

এর কারণ এটা নয় যে কেউ বিকল্প খোঁজেনি—বরং এর কারণ হলো আণবিক পদার্থবিদ্যা এখানে একটি উচ্চ সীমা নির্ধারণ করে দেয়, এবং চ্যালকোজেনাইড গ্লাস ঘটনাক্রমে তা অতিক্রম করে।

এআই দ্বারা তৈরি ছবি

মাল্টি-আইআরএকটি জাতীয়-স্তরের 'ক্ষুদ্র দৈত্য' বিশেষায়িত ও অত্যাধুনিক প্রতিষ্ঠান, যার স্টকে ১০,০০০-এরও বেশি প্রকারের ইনফ্রারেড সংবেদনশীল যন্ত্রাংশ রয়েছে, যা সামগ্রিক সক্ষমতার দিক থেকে বিশ্বব্যাপী শীর্ষ ৩-এর মধ্যে স্থান করে নিয়েছে এবং ইনফ্রারেড ফিল্টার শিল্পের মানদণ্ডের প্রধান খসড়া প্রণয়নকারী।

ওয়েবসাইট: www.mirhz.com | বৈশ্বিক সাইট: www.miroptech.com