La crise du germanium de 2024
Le secteur de l’imagerie thermique a été considérablement touché par une inflation sans précédent du prix du germanium en 2024. Plusieurs facteurs ont contribué à cette situation :
Hausse des prix :
- Les prix du germanium ont plus que doublé par rapport à 2023 ;
- Certaines qualités de germanium optique ont vu leur prix augmenter jusqu'à 200-300 %
- Les coûts des objectifs à longue focale ont augmenté encore plus considérablement en raison des besoins en matériaux plus importants.
Facteurs du marché :
- Tensions géopolitiques affectant les chaînes d’approvisionnement
- Demande accrue des industries des semi-conducteurs et de la fibre optique
- Sources de production mondiales limitées
- Stockage de matériel stratégique par les grandes nations
Impact sur l’industrie de l’imagerie thermique :
- Augmentation significative des coûts pour les systèmes optiques LWIR - car dans le système optique LWIR non refroidi, il utilise largement le système optique F1.0 ou moins, en raison des exigences naturelles NETD et MRTD du système non refroidi. Alors que dans le MWIR, où le système de refroidissement prévaut davantage, les objectifs F4.0 ou supérieurs sont généralement utilisés pour obtenir un objectif plus compact, donc moins coûteux en germanium.
- Délais de livraison allongés pour les optiques à base de germanium
- Intérêt croissant pour les matériaux et les conceptions alternatives
- Pression pour optimiser les conceptions optiques pour une utilisation minimale du germanium
- Cette situation du marché a intensifié l'intérêt pour le verre de chalcogénure comme matériau optique alternatif, en particulier pour les applications sensibles aux coûts.
C'est pourquoi, au cours de la moitié de cette année, le sujet a de nouveau été abordé.Substitution du germanium par du verre chalcogénure
Qu'est-ce queVerre de chalcogénure? Les verres de chalcogénure sont des composés contenant un ou plusieurs éléments chalcogènes (soufre, sélénium ou tellure) associés à des éléments tels que le germanium, l'arsenic ou l'antimoine. Ces lunettes présentent une bonne transmission dans le spectre infrarouge, en particulier dans la plage 8-14 μm utilisée en imagerie thermique.
Comparaison du verre chalcogénure et du germanium
| Propriété/Aspects | Verre de chalcogénure | Germanium |
| Indice de réfraction | 2.4-2.7 | 4 |
| Portée de transmission | 8-14 μm (varie selon la composition) | 2-14 μm |
| Coût du matériel (2024) | Plus bas et stable | High and volatile (>2x augmentation en 2024) |
| Méthode de fabrication | Peut être moulé, traitement plus facile | Nécessite un meulage et un polissage de précision |
| Densité | Inférieur | Plus haut |
| Sensibilité thermique | Moins dépendant de la température | Plus dépendant de la température |
| Complexité de conception | Nécessite plus d'éléments | Moins d'éléments nécessaires |
| Taille de l'optique | Des éléments plus grands sont nécessaires | Des conceptions plus compactes possibles |
| Stabilité environnementale | Peut avoir besoin d'un revêtement protecteur | Très stable |
| Résistance mécanique | Meilleure résistance aux chocs | Plus cassant |
| Volume de production | Convient aux volumes élevés | Limité par la disponibilité du matériel |
| Applications |
-Appareils grand public -Systèmes courte/moyenne portée -Produits sensibles aux coûts |
- Systèmes haut de gamme - (Ultra) Optique longue/moyenne portée - Militaire/défense |
| Coût par lentille | Coût des matériaux inférieur mais peut nécessiter plus d'éléments | Coût des matériaux plus élevé mais moins d'éléments nécessaires |
Pourquoi le chalcogénure ne peut pas remplacer complètement le germanium :
- Performances optiques:
L'indice de réfraction inférieur deVerre de chalcogénuresignifie que davantage de surfaces optiques sont nécessaires, cela entraînera probablement également davantage de pertes de transmission et rendra plus difficile la réalisation de conceptions compactes
- Configuration système requise:
Les systèmes hautes performances nécessitent souvent les propriétés supérieures du germanium, tandis que les applications à longue portée nécessitent particulièrement les caractéristiques optiques du germanium, en particulier certaines bandes de longueurs d'onde nécessitent les propriétés de transmission du germanium.
- Compromis de conception optique:
Il s'agit généralement de systèmes plus grands et plus lourds lorsqu'on utilise uniquement (ou plus) du chalcogénure, sinon cela augmentera la complexité de la conception optique et peut entraîner un coût total plus élevé dans certaines applications malgré un coût matériel inférieur.
Verres à chalcogénure dans une conception de lentilles athermalisées
Les verres au chalcogénure jouent un rôle crucial dans la conception de lentilles athermalisées pour les systèmes d'imagerie thermique en raison de plusieurs caractéristiques clés :
- Propriétés thermiques :
Les verres de chalcogénure ont des coefficients thermiques significativement différents de ceux du germanium, cela signifie que leur dn/dT (changement d'indice de réfraction avec la température) est généralement opposé à celui du germanium et que le coefficient de dilatation thermique diffère de celui du germanium.
- Stratégie d'athermalisation :
En combinant des éléments en verre chalcogénure avec des éléments en germanium, les concepteurs peuvent créer une athermalisation passive. Les caractéristiques thermiques opposées de ces matériaux peuvent annuler les déplacements de focalisation induits par la température. Par conséquent, cela élimine ou réduit le besoin de mécanismes actifs de réglage de la mise au point.
Cela rend les verres au chalcogénure particulièrement précieux pour créer des systèmes d’imagerie thermique stables et fiables, capables de fonctionner sur de larges plages de températures sans réglage de la mise au point.
Conclusion:
Bien que le verre au chalcogénure offre des avantages incontestables en termes de coût et de fabricabilité, il ne peut pas remplacer complètement le germanium dans les applications d’imagerie thermique. L’approche optimale implique souvent d’utiliser les deux matériaux de manière stratégique, en équilibrant les exigences de performances et les contraintes de coûts.
À mesure que la science des matériaux progresse et que les techniques de fabrication s'améliorent, le verre chalcogénure jouera probablement un rôle de plus en plus important dans l'optique d'imagerie thermique, en particulier dans les applications sensibles aux coûts et à volume élevé.