从大规模 COVID 发烧筛查设备和复杂的医疗诊断到夜视镜等应用设备，现如今，红外 (IR) 成像系统已能够执行各种常规商业任务。随着技术日渐发展与成熟，热成像仪器现已集成到智能手机中，消防员能够使用成像仪在烟雾弥漫的房间中寻找幸存者，科技初创公司竞相制造无人驾驶汽车，将我们的视野扩展到更长的波长是 21 世纪生活中不可或缺的一部分。
捕捉红外图像需要探测器和光学元件将光线聚焦到探测器上，正如可见光摄影。成像系统越来越多地工作在多个光谱波段，包括短波红外 (SWIR)、中波红外 (MWIR) 和长波红外 (LWIR)，波长范围从0.9到15μm。
然而，红外透镜光学元件材料的发展并没有跟上探测器技术的爆炸式增长以及微测辐射热计市场需求的飙升。可见光光学元件中使用的冠和燧石玻璃不能很好地适应热状态。旧的备用锗仍然在某些红外成像应用中起作用，
基于硫属元素家族成员的创新非晶玻璃可以为红外成像系统提供更好的性能、更轻的重量和更可靠的供应链。
晶体半导体锗具有1.8至17μm的高折射率和透射范围，构成大多数热成像系统(8-14μm)的前透镜。它自然地阻挡紫外线和可见光。光学级锗是一种电阻率在5到40 Ω-cm之间的n型半导体.
由于高折射率，由锗制成的镜片和窗户通常需要抗反射涂层。对于户外应用，这些光学元件的前表面可能还需要硬质保护涂层，例如类金刚石碳 (DLC) 或类似材料。
尽管 40 多年来，锗一直是红外成像的主力，但使用该半导体必须注意：在室温下，锗的密度为 5.32 g/cm3，是硅的两倍多，因此如果运用于轻量化设备，工程师可能需要思虑再三。不仅制造直径大于 300 毫米的光学元件是不切实际的，高于 100°C，锗还会经历“热失控”，这意味着它的吸收会急剧增加，到大约 200°C，它则是完全不透明的。
硫化物玻璃是无定形的、共价键合的化合物，包含以下三种元素中的一种或多种：硫、硒和碲。许多硫化物还含有其他元素，如砷、锑，甚至锗（后者使玻璃化合物价格更高）。
与纯锗一样，合成硫化物玻璃具有高折射率。但与脆性半导体不同的是，它们可以按照规格精确成型，而不是通过晶体生长工艺构建。因为热历史会改变玻璃的特性，用硫属化物玻璃制成的镜片的折射率可能与一块原材料的折射率略有不同。但其折射率随温度变化的速率（称为热光系数或 dn/dT）比锗低得多。
大多数硫化物玻璃可以传输三个最重要的红外波段：SWIR、MWIR 和 LWIR（热）。但它们通过的可见光很少或根本不通过，因此它们在肉眼看来就像不透明的材料。制造商可以在生产过程中调整硫化物玻璃的特性，为不同用途制造定制材料。该领域的研究仍在继续。
根据应用的不同，光学设计师可以将锗和硫化物玻璃结合到光机械系统中。在一个简单的例子中，用于高性能热成像的三元件透镜系统由夹在两个球面锗透镜之间的硫化物非球面元件组成。这样的设计产生了一个工作范围为-40°至85°C的非热化系统.更加直观的应用实例是制造MWIR/LWIR 连续变焦镜头，当仅使用锗组件时需要21个独立的元件，但使用硫化物材料组合时仅需要 12个元件。
科学家们越来越多地转向多光谱和高光谱成像，以超越狭窄的可见光范围。多光谱系统可收集3至15个波段，而高光谱仪器可捕捉数十至数百个根据所需信息定制的窄波段。
这些带有先进探测器的成像模式正在进入各种应用，包括气候评估、农作物监测和生物医学设备。自动驾驶汽车和卡车将需要在多个波长下“看到”，以区分清晰的道路、动物、建筑物、行人和其他车辆，并能在极端天气环境如黑暗、雨、雾和雪中保持视野清晰。
许多这些应用程序利用多孔径有效载荷来适应传感器的不同镜头需求。但对便携性和小型化的不断增长的需求——从搭载太空火箭的微型立方体卫星到用于手术的医疗探测器——将推动对能够处理多个波段的透镜路径的需求。
BAE Systems的热传感器业务开发总监Laura Ferrante表示，LightPath Technologies的硫化物透镜可实现轻质COTS透镜组件，支持我们的 Athena1920 全高清非制冷长波红外传感器的低 SWaP。
一种成本较低的锗混合玻璃替代品是 BD6。BD6 及其由几家美国、中国和德国制造商生产的同类产品在所有红外波段传输超过 97% 的光，其 4.63 g/cm³ 的密度使其在航空航天和运输方面具有优势。BD6的美国制造商 LightPath，使用玻璃制造模压镜片、金刚石车削镜片和传统抛光光学元件。
高级工程研究员 Bob Chipper 表示，硫化物，尤其是 LightPath 计划推出的红外玻璃系列，为光学工程师开辟了设计空间，实现了创新的解决方案，解决了从被动非热化红外系统到多光谱应用的各种难题。他说，这些红外眼镜的潜在成型工艺可以解决低成本和大批量的应用。
需要考虑的是，硫族化物如何在大多数情况下满足需求或超越以前仅由晶体材料支持的性能。凭借其成分可调性和作为光学玻璃陶瓷、梯度折射率 (GRIN) 介质的适用性，它们可以为平面光子传感和成像系统提供可行的选择，包括使用光学相变材料实现的可变视场设计。
在最新的硫化物玻璃取代锗之前，光学界仍然需要做更多的工作——编译技术和统计数据、开发新的光学涂层以及对航空航天应用材料进行鉴定。
在适当的经济支持和发展下，硫化物光学元件有望在未来十年内改善所有波段的红外成像。
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