Germanium

Material
Ge

 

Germanium ist das bevorzugte Linsen- und Fenstermaterial für Hochleistungsinfrarotbildgebungssysteme im Wellenlängenbereich von 8µm-12µm. Es ist ein hochbrechendes Material, das zur Herstellung von ATR-Prismen (Attenuated Total Reflection) für die Spektroskopie verwendet wird. Sein hoher Brechungsindex macht Ge ideal für Bildgebungssysteme mit niedriger Leistung aufgrund seiner geringen Oberflächenkrümmung.

 

Germanium wird durch Czochralski-Ziehtechniken gezüchtet und ist relativ teuer. Der Brechungsindex ändert sich stark mit der Temperatur and das Material wird daher schon bei Temperaturen etwas über 293K transparent.

 

Die chromatische Aberration ist klein und benötigt oft keine Korrektur. Germanium das gesamte thermische Band von 8µm-14µm ab und wird in Linsensystemen für thermische Bildgebung verwendet.  Auch kann es mit Diamant AR-beschichtet werden, die dann eine extrem robuste Frontoptik bilden. Seine Transmissionsverhalten ist sehr temperaturempfindlich, sodass das Material bei 100°C durchsichtig wird. Die Umwelt bereitet keine Probleme, da Germanium inaktiv, mechanisch robust und ziemlich hart ist.

Eigenschaften
Optical Properties
Transmission range in µm @10% min. 1.8 - 24
Transmission range in µm @50% min. -
Refractive index @633nm 4.10417
(4.0026 @11µm)
Reflection losses in % at 1 surface 36.04 @10µm
Reflection losses in % at 2 surfaces 53 @10.6µm
dn/dT in 1/K 396 · 10-6
Physical Properties
Density in g/cm³ 5.327
Melting point in °C 938.25
Specific heat capacity in J/(kg · K) 310
Thermal Conductivity in W/(m · K) 58.61
Thermal Expansion in 1/K 5.9 · 10-6 @293K
Dielectric constant 16.6
Solubility in water in g/100g unsoluble
Mohs hardness 6
Knoop hardness in kg/mm² 800
Material type Single crystal, synthetic
Crystal type cubic face-centered, diamond structure
Crystal structure Fd3m
Lattice constant in Å a = 5.62
Elastic coeficients in GPa C11 = 129
C12 = 48.3
C44 = 67.1
Young's Modulus (E) in GPa 102.7
Shear Modulus (G) in GPa 67
Bulk Modulus (K) in GPa 77.2
Rupture Modulus in MPa 110
Apparent elastic limit in MPa 8926
Poisson ratio 0.2
Spectral Properties