Оптико-электронные системы - Радиоэлектроника - Скачать бесплатно
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ (КВАНТОВЫЕ)
СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА
СОДЕРЖАНИЕ
|1. |Задачи, решаемые с помощью ОЭС |2 |
|2. |Краткий исторический очерк |4 |
|3. |Сравнение приборов (систем) оптического диапазона с | |
| |радиоэлектронными устройствами |6 |
|4. |Основные энергетические и фотометрические величины |7 |
|5. |Основные характеристики излучателей |9 |
|6 |Типовая структура ОЭС и основные его характеристики |11 |
|7. |Фоны их общая характеристика |13 |
|8. |Ослабление оптического излучения в атмосфере |34 |
|8.1. |Молекулярное поглощение излучения |34 |
|8.2. |Методы расчета МП |34 |
|8.3. |Аэрозольное ослабление оптического излучения |41 |
|8.4. |Релеевское рассеяние излучения |43 |
|8.5 |Атмосферная рефракция и турбулентность |45 |
|9. |Пример оценки контрастов малоразмерных объектов |57 |
|10. |Оптические материалы |61 |
|10.1. |Показатель преломления |62 |
|10.2. |Пропускание, отражение |63 |
|10.3. |Физические свойства материалов |64 |
|10.4. |Используемые оптические материалы |64 |
|10.5. |Нетрадиционные оптические материалы на основе стекла |66 |
|11. |Оптические фильтры |66 |
|11.1. |Классификация оптических фильтров |66 |
|11.2 |Характеристики оптических фильтров |67 |
|11.3 |Основные типы оптических фильтров |68 |
|12. |Оптические системы формирующие изображение в ИК области спектра| |
| | |70 |
|12.1. |Зеркальные телескопические системы |70 |
|12.2. |Зеркально-линзовые телескопы |72 |
|12.3. |Вспомогательные оптические элементы |74 |
|12.4. |Формирование изображения, аберрации |74 |
|13. |Детекторы оптического излучения |78 |
|13.1. |Характеристики детекторов оптического излучения |78 |
|13.2. |Типы детекторов излучения |80 |
|13.2.1|Фотонные приемники |80 |
|13.2.2|Тепловые приемники излучения |81 |
|. | | |
|13.3. |Промышленные образцы приемников |82 |
|14. |Фотоприемники с переносом заряда (ПЗС) |84 |
|14.1. |Трехфазный ПЗС |84 |
|14.2. |Двухфазный ПЗС |86 |
14.3. |Приборы с инжекцией заряда (ПЗИ) |88 | |
|15. | | |
| | | |
| |Системы охлаждения приемников излучения |92 |
|15.1. |Охлаждение сжиженными газами |92 |
|15.2. |Охлаждение за счет эффекта Джоуля -Томсона |92 |
|15.3. |Криогенные машины |92 |
|15.4. |Термоэлектрическое охлаждение |98 |
|16. |Сканирующие системы |98 |
|16.1. |Траектории сканирования при регулярном поиске |99 |
|16.2. |Типы сканирующих устройств |101 |
|16.3. |Оптико-механическое сканирование |112 |
|17. |Анализаторы изображения – растровая модуляция |126 |
|17.1. |Классификация и принцип действия растровых анализаторов |126 |
|17.2. |Амплитудная модуляция |127 |
|17.3. |Частотная модуляция |136 |
|17.4. |Фазовая модуляция |136 |
|17.5. |Амплитудно-частотная модуляция |140 |
|17.6. |Импульсно-частотная модуляция |140 |
|17.7. |Амплитудно-фазовая модуляция | |
|17.8. |Частотно-фазовая модуляция | |
|18. |Видимость в атмосфере |150 |
|18.1. |Определение МДВ |151 |
|18.2. |Трассовые измерители метеорологической дальности видимости |152 |
|18.3. |Нефелометрический метод определения МДВ |156 |
|18.4. |Нефелометры – аэрозольные спектрометры |158 |
|19. |Технические основы систем лазерного зондирования |161 |
|19.1. |Применение технологии флуоресцентного анализа в других | |
| |практических задачах |167 |
|19.2. |Источник фемтосекундного импульсного излучения в | |
| |атмосфере |169 |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
Ниже рассматриваются общие вопросы построения и применения оптико-
электронных и квантовых систем и устройств (ОЭС) с учётом динамики внешних
условий.
Оптико-электронными принято называть системы и устройства, в состав
которых входят как оптические так и электронные узлы, причем и те и другие
служат для выполнения основных задач, решаемых данным прибором, т.е не
являются вспомогательными звеньями (примеры вспомогательных звеньев – это
элементы осветительных, отсчетных и т.п. устройств).
Сущность физических процессов, определяющих действие ОЭС, заключается
в преобразовании одного вида энергии в другой и, в частности, энергии
излучения оптического диапазона спектра в электрическую. Т.о. действие ОЭС
основано на приеме электромагнитного излучения во всей оптической области
спектра, которая включает диапазон длин волн от 1 нм до 1 мм. Впоследнем
выделяют участки ультрафиолетового (0.001 –0,38 мкм), видимого (0,38-0,78
мкм) и ИК (0,78-1000 мкм) излучения (см. структуру спектра
электромагнитного излучения).
1. Задачи, решаемые с помощью ОЭС
С помощью ОЭС контактными и дистанционными методами получают
информации
. о размерах,
. форме,
. положении,
. энергетическом состоянии тел-объектов наблюдения, обнаружения,
исследований
Указанные задачи реализуются в результате приема излучения в нужном
спектральном диапазоне длин волн, при заданных ракурсах и поле зрения с
получением на выходе приемника излучения электрического сигнала, который
обрабатывается с целью выделения из шумов для последующего информационного
анализа.
Начало развития ОЭС как мощного инженерно-физического направления
техники мы вправе отнести к сороковым годам ХХ века, поскольку именно в
этот период удалось перейти от уровня простейших приборов, рассчитанных
только на пассивный метод работы /т.е. на прием видимого и теплового
излучения нагретых объектов/ к отработке принципов построения квантовых
оптических локационных систем, использующих в своей основе источники
когерентного излучения – лазеры.
ОЭС могут быть квалифицированы по следующим признакам:
. рабочей области спектра (УФ, видимая, ИК);
. способу формирования информационного поля или типу источника
излучения;
. способу обработки (использования) информации;
Спектр электромагнитного излучения
. решаемой задаче;
. ширине рабочей полосы длин волн и т.д.
Способ формирования информационного поля определяется, прежде всего,
типом источника излучения и, в связи с этим, различают:
. пассивные ОЭС, воспринимающие либо собственное излучение
наблюдаемого участка пространства, либо совокупность собственного и
отраженного излучения (доля последнего формируется солнцем, луной,
звездами и т.д);
. активные ОЭС, в которых используется искусственный источник
подсветки исследуемого участка пространства при последующем
информационном анализе сигналов, сформированных при приеме
отраженного объектом излучения в строго выделенном спектральном
диапазоне;
. комбинированные, в которых задействованы оба из обозначенных выше
методов.
Способ обработки (использования) информации определяет:
. автоматические ОЭС,
. индикационные ОЭС, в которых информация выдается в виде, пригодном
для принятия решения человеком-оператором.
Исходя из решаемых задач ОЭС подразделяется на:
. пеленгационные (определение положения объекта в пространстве
наблюдения).Сюда относятся оптические пеленгаторы, оптические
головки самонаведения.
. наблюдательные (тепловизионные, приборы ночного видения и т.д.),
. локационные (дальномеры, измерители скоростей и т.д.),
. фотометрические приборы широкого и специального применения для
оптико-физических измерений (фотометры, нефелометры и т.д).
С учетом ширины рабочей области длин волн ОЭС подразделяют на:
. интегральные (радиометры, тепловизоры и т.д.),
. спектральные (спектрометры, спектрорадиометры и т.д.).
Учитывая особенности квантовых систем и устройств, при их
классификации выделяют:
. квантовые стандарты длины, частоты и времени;
. квантовые усилители;
. преобразователи частоты лазерного излучения;
. лазерные модуляционные устройства;
. лазерные системы (лидары, лазерные доплеровские измерители
скорости, системы связи, гирометры и т.д.).
2. Краткий исторический очерк
Широкое практическое использование ОЭС стало возможным только начиная
с 30-40х годов XX века, когда были достигнуты первые ощутимые результаты в
технологиях создания оптических материалов для различных диапазонов спектра
и, прежде всего, в разработке приемников излучения, обладающих высокой
чувствительностью в тех же областях длин волн.
Исследования свойств оптического излучения ведутся очень давно. Ещё в
XVIII В.И. Ньютон описал опыты по разложению белого света на
квазимонохроматические составляющие. Одна из первых теорий, объясняющих с
физических позиций наблюдаемые оптические явления, была разработана
Декартом (XVII век) и затем Ньютоном и основывалась на представлении света
как совокупности корпускул–мельчайших частиц эфира, распространяющихся
вдоль определенных траекторий – световых лучей. В этот же период появились
первые работы Гюйгенса, в которых была сделана попытка интерпретации тех же
явлений на основе понятий световой волны. Теория Гюйгенса длительное время
уступала по популярности теории Ньютона и только благодаря исследованиям
Юнга и Френеля на рубеже XIX века получила блестящее подтверждение. К концу
XIX века Максвелл дал волнам Френеля электромагнитную интерпретацию и
показал, что всякая световая волна является электромагнитным возмущением.
Теория Максвелла была блестяще подтверждена опытным путем Герцем.
Электромагнитная теория, обобщенная в виде системы дифференциальных
уравнений, явилась вершиной классического этапа развития оптики.
Второй этап тесно связан с преобразованиями, которая оптика претерпела
в начале XX века. В 1905 году Эйнштейн на основе теории Планка возродил
корпускулярную теорию света в новой форме. В 1916 году он же предсказал,
что переход электрона в атоме с верхнего энергетического уровня
|
