金刚石是一种典型的多功能超极限材料，在力学、光学、导热、电学、传声等多方面性质上表现极其优异。采用微波等离子体沉积金刚石是合成金刚石最常用的方法之一，这种微波激发的等离子体干净，不含电极溅射物，因此生长的金刚石中杂质含量较少，可以获得光学甚至电子学方面性能优良的金刚石。

化学气相沉积（CVD）金刚石膜的研究已经持续了40多年，各种理论能定性解释金刚石的生长过程，但气相合成金刚石膜的生长机理比较复杂，还有很多基本理论仍不完全清楚，需做进一步研究，因此对金刚石的生长过程进行监控，除了可以提高工业生产过程中金刚石合成的工艺水平，而且可以为基本理论的完善提供分析数据。

在采用微波等离子体沉积金刚石的过程中，激发出来的等离子体不断地向外辐射电磁波。图1为铂世光（上海）技术有限公司在沉积金刚石过程中截取的光谱分布图，发射光谱波长范围大致为300nm~1000nm。为了避开等离子体对成像的影响，选用等离子体发射光谱以外的波段进行监控是可以考虑的。

图1 在微波等离子体沉积金刚石过程中激发出来的等离子体光谱分布图

一般来说，波长从380nm至780nm的光称为可见光（VIS），它只覆盖了光谱中非常小的一段范围。波长从780nm至1mm的光通常称为红外光（IR）。对于红外成像，仅使用红外光谱的一小部分。通常，热成像定义了三个光谱范围：短波（SW）区域约为0.9~1.7μm、中波（MW）区域约为1.7~5μm、长波（LW）区域约为8~14μm（见图2）。

图2 红外（IR）光谱定义区域以及短波（SW）、中波（MW）、长波（LW）光谱区域

在温度测量上，用于红外热成像的三个典型波段的应用有所区别。温度越低，物体表面辐射的波长越长，中波和长波相机在温度低于300℃时具有明显的优势。不同波长的红外温度检测仪目前已广泛应用于微波等离子体气相沉积中，在此不再絮说。

将短波（SW）区域、中波（MW）区域、长波（LW）区域分别描绘为蓝色、绿色和红色，图3为各种类别的传感器的光谱响应曲线。铟镓砷（InGaAs）传感器是短波成像中使用的主要传感器，覆盖典型的短波红外（SWIR）范围，但可以扩展到低至400nm，高至2.5μm。

（a）

（b）

图3 各种热成像系统在红外波长下的典型光谱响应曲线

比较可见光和红外光拍摄同一个物体所得到的图像，相较于我们常见的可见光图像，波长较长的红外光图像难以捕捉任务物体特性。与这两种图像相比，短波红外图像因为光的波长接近于可见光，所以成像效果也接近于可见光，但它仍可捕捉到与可见光图像不同的独特信息，我们可以在短波红外波段定性地获得大量可见光成像无法获得的新信息。

一个典型的使用短波红外成像的案例见图4，对比可见光，短波成像对比度和可见性差异明显。另外，波长比可见光更长的短波辐射更容易穿透等离子体。

（a）

（b）

图4 一个有瘀伤的苹果，肉眼不明显（a），但可以通过SWIR（b）检测出来

与中波和长波相机相比，短波成像还有一个优势是短波相机工作在玻璃光学仍然透明的区域，见图5。一方面，短波相机中的光学元件便宜得多，另一方面，短波红外光的辐射可以透过微波等离子体气相沉积（MPCVD）设备中的石英窗，被短波相机中的传感器捕捉。

图5  10mm厚的BK7玻璃和熔融石英玻璃的透射光谱

图6为铂世光（上海）技术有限公司采用短波红外相机监控微波等离子体沉积金刚石的过程中截取的部分图片。热成像技术将气相沉积金刚石膜的抽象过程可视化，可以对合成过程给出清晰的视觉表示，让我们更好的理解金刚石的合成细节。

图6 监控初期、24小时后以及关机阶段的短波成像