导语

在机器视觉的世界里，我们常说：“所见即所得”。但在很多高端制造和特殊检测场景中，“看不见”才是最大的痛点。

当硅基传感器在 1.0μm 波长处“失明”，当可见光无法穿透硅片内部的微裂纹，当普通的工业相机在烟雾缭绕的环境中束手无策时，我们该怎么办？

答案藏在电磁光谱的一段特殊区域——短波红外（SWIR）。

今天，我们将深入探讨这项正在改变半导体检测、食品分选及安防领域的关键技术。从 InGaAs 传感器的原理，到为什么你不能随便拿一个可见光镜头去匹配 SWIR 相机，我们将为您一一揭秘。

一、什么是短波红外（SWIR）？

——定义光谱的“黄金波段”

在光学定义中，短波红外（Short-Wave Infrared，简称 SWIR）通常指波长范围在0.9μm至1.7μm之间的光线。在某些更广泛的定义中，这一范围甚至可以延伸至 0.7μm - 2.5μm。

这就引出了一个物理学上的尴尬区间：

• 我们常见的硅（Silicon）传感器，其感光上限大约在 1.0μm。超过这个波长，硅传感器就变成了“瞎子”。

• 而主要用于热成像的中波红外（MWIR）和长波红外（LWIR），其波长又远大于此。

为了填补这一空白，砷化铟镓（InGaAs）传感器应运而生。InGaAs 是目前 SWIR 成像的主流技术，它完美覆盖了典型的 SWIR 频带，甚至可以扩展低至 550nm，高至 2.5μm。

冷知识：虽然市场上已经有线扫描（Line Scan）的 InGaAs 传感器，但面阵（Area Scan）InGaAs 传感器由于技术敏感性，往往受到ITAR（国际武器贸易条例）的严格限制。这意味着，高性能的 SWIR 相机在进出口时需要严格的合规审查与许可。

二、为什么我们需要SWIR？

——看见“不可见”的物理魔法

很多工程师会问：“为什么不用热成像？热成像也能看夜视啊。”

这里有一个核心的区别：SWIR的成像机理更接近可见光，而非热成像。

在中波或长波红外（热成像）中，我们看到的是物体自身辐射出的热量；而在 SWIR 波段，光子主要还是被物体反射或吸收的。这意味着：

• 高分辨率与高对比度：SWIR 图像拥有类似黑白照片的阴影和对比度，易于识别物体特征，这是模糊的热成像无法比拟的。

• 夜视能力：即使在没有月光的夜晚，大气辉光（Nightglow）也会辐射出 SWIR 光线，为户外成像提供天然的“照明”。

但 SWIR 真正的杀手锏，在于它能让特定材料“变身”：

1.让硅（Silicon）变得透明

这是半导体行业最看重的特性。对于可见光而言，硅片是不透明的黑色物体；但在 SWIR 波段下，硅材料是透明的。

应用场景：我们可以直接透过硅片背面，检查正面的电路对齐情况、内部裂纹或键合缺陷。

2.区分“看起来一样”的物质

在可见光下，水、油、塑料看起来可能都是透明液滴；苹果上的淤青和红色的果皮可能颜色相近。

但在 SWIR 下，水会强烈吸收光线（呈现黑色），而其他物质可能反射光线。

应用场景：农产品淤伤检测（淤伤处含水量高，SWIR下呈黑色）、塑料分选、药物成分分析。

3.穿透烟雾与薄雾

瑞利散射定律告诉我们，波长越长，散射越少。SWIR 的波长比可见光长，因此能更好地穿透雾霾、烟尘。

应用场景：森林防火监测、长距离安防监控。

三、最大的误区：镜头能通用吗？

——千万别给SWIR相机配可见光镜头！

这是很多初次接触 SWIR 的开发者最容易踩的坑。既然 InGaAs 相机接口也是 C-Mount 或 F-Mount，我能不能直接拧上一个普通的单反镜头或者工业镜头？

答案是：绝对不行。

如果你在 SWIR 相机上使用普通可见光镜头，你会遇到两个灾难性的后果：

1.图像模糊（分辨率大幅下降）

普通镜头是针对可见光（400-700nm）设计的。光学玻璃在 SWIR 波段的折射率与可见光截然不同。

这意味着，可见光下聚焦清晰的点，在 SWIR 波段会发生严重的色差（Chromatic Aberration）和球差。结果就是：你买了几十万的 InGaAs 相机，却拍出了一张像蒙了磨砂玻璃一样的模糊照片。

2.根本没有光（透过率极低）

普通镜头为了减少反光，表面都镀有增透膜（AR Coating）。这些膜系是专门针对可见光优化的。

遗憾的是，针对可见光优化的镀膜，在 SWIR 波段往往会变成“反射膜”或“吸收膜”。光线还没到达传感器，就被镜头玻璃和镀膜“吃”掉了。

正确的做法：必须使用专门设计、优化并镀有SWIR增透膜的镜头。

• 特殊玻璃材料：选用在 SWIR 波段高透射的玻璃。

• SWIR镀膜：确保 900-1700nm 波段的光线透过率最大化。

• 光学设计：专门校正 SWIR 波段的像差，确保成像锐度。

四、行业应用全景图

——SWIR正在改变哪些行业？

随着工业 4.0 的推进，SWIR 技术已经从军用走向了广泛的商用领域：

• 电子半导体：晶圆检测、芯片键合对准、太阳能电池板隐裂检测（EL/PL 检测）。

• 食品与农业：水果淤伤分选（透过果皮看果肉）、异物剔除（在冷冻蔬菜中发现石子或塑料）。

• 工业分选：废旧塑料回收（区分 PET、PVC 等不同材质）、纺织品成分分析。

• 高端安防：港口透雾监控、边境巡逻、反伪装识别。

• 防伪检测：钞票、名画的真伪鉴定（透过表面颜料看底层草稿）。

结语与展望

短波红外（SWIR）不仅仅是视觉光谱的延伸，更是工业检测能力的维度提升。它让我们拥有了穿透表象、直视本质的能力。

对于光学系统设计者而言，SWIR 系统的搭建不仅仅是换一个相机那么简单。从光源的选择、滤光片的匹配，到核心成像镜头的选型，每一个环节都需要针对 0.9-1.7μm 这个波段进行严谨的考量。

韵翔光电在 SWIR 领域拥有深厚的技术积累。我们提供全系列的 SWIR 成像镜头，采用针对 SWIR 光谱优化的玻璃材料与镀膜工艺，旨在为您的高端检测系统提供“像素级”的清晰度。

不要让镜头成为你系统的短板。