1. 引言
通常红外波段指的是1～3um、3～5um和8～14um三个波段，称为三个红外窗口，又称为三个“大气窗口”。
红外成像又称为热成像。以红外探测器组件为核心部件的红外测温仪已广泛应用于人体温筛查、高压及超高压输电线路的温度巡查、工业温度检测。红外成像也已广泛应用于医学图像的特征识别及疾病诊断、夜视系统、侦察卫星、气象卫星，以及飞机的对地航测、目标识别、跟踪、制导等领域。 半导体激光器辐射的0.808nm～0.980nm激光，固体激光器辐射的1.064nm激光，光通讯波段（1.31um，1.55um）的激光，人眼安全（1.5um）的激光，均位于第一窗口。 运用自适应光学的夜天文观察，常位于第二窗口。 CO2 激光器辐射10.6um的激光，位于第三窗口。 红外物镜与可见光物镜的主要区别在于材料本身。 由于玻璃中含有羟基（OH-），在近红外有很强的吸收峰，普通光学玻璃只能工作到2.8um左右的近红外，中远红外光学系统完全依赖红外材料。 许多卤化物（如氟化物、氯化物、溴化物和碘化物）在红外波段透过率很高，并具有特殊的色散，但物理和化学稳定性较差。 硅、锗、硫化锌、硒化锌和其他硫化物也是常用的红外材料，它们的折射率很高而且色散很低。较高的折射率意味着像差较小，一般无需专门构建消色差系统就能得到较好的像质。 在可见光区，火石玻璃（F）的色散高于冕牌玻璃（K），当波长增加到1.0～1.5um范围，它们的色散趋于相同（即阿贝数趋于相等），它们已经无法构造出消色差物镜，因此，在该波段，消色差物镜的正透镜必须改用别的材料，如CAF2。 此外，还有一些合成的红外材料，如AMTIR（由Ge、As和Se构成）、IRG等。 大部分红外材料成本都很高，所以红外透镜在满足成像质量和工艺要求的前提下，尽量做得薄一些。 根据瑞利极限公式
波长变大，意味着最小可分辨长度δ的增大，分辨率降低，但弥散斑的容限也随之增大。 根据热辐射的原理，任何温度下的物体都会发出一定的热辐射，当温度降低后，辐射强度变小，热辐射波长的也会像长波方向偏移。 在任何温度下，黑体辐射曲线都有一个极大值，由维恩位移定律
其中，T为绝对温度，λM为该温度下极大值对应的波长。 例如，当温度为10℃=283K时，
在长波段，镜筒和物体本身都构成辐射源，致使热辐射背景增大。检测器和物镜都需要制冷，以减少热噪声。 选择任何材料，包括红外材料，最重要的属性就是透射率。透射率是光通量的衡量指标，由入射光的百分比指定。 红外材料在可见光区域通常是不透明的，而可见光材料在红外波段通常也是不透明的。比如，硅，它能透射红外，但不能透射可见光。
虽然主要根据透射率将材料归类为红外材料或可见光材料，但是折射率 (nd) 也是重要属性。 可见光材料的折射率大约介于 1.45 - 2 之间，红外材料的折射率大约介于 1.38 - 4 之间。在许多情况下，折射率与密度存在正相关关系，这意味着红外材料较可见光材料更重；但是，更高的折射率也意味着可以使用更少的透镜元件（从而降低整体系统重量与成本）实现衍射极限性能. 可见光材料的色散系数大约介于 20 - 80 之间，红外材料的色散系数大约介于 20 - 1000 之间。 介质的折射率会随着温度的变化而不同。系统在不稳定的环境中工作时，此折射率梯度 (dn/dT) 可能会产生问题。 通常，红外材料的 dn/dT 值通常大于可见光材料。 例如，锗材料的折射率梯度非常高，如果在热不稳定的环境中使用，可能会导致光学性能降级.
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