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紅外熱像儀的組成部分

發(fā)表于：2012/12/18 10:19:17 標(biāo)簽：
   紅外光學(xué)系統(tǒng)的作用是收集輻射，將輻射會(huì)聚到探測(cè)器靈敏面上。光學(xué)系統(tǒng)的使用可大大提高靈敏面上的照度，提高儀器性噪比，增大系統(tǒng)探測(cè)能力。紅外光學(xué)系統(tǒng)分為透射式光學(xué)系統(tǒng)、反射式光學(xué)系統(tǒng)和混合式光學(xué)系統(tǒng)［2］。
   1）透射式光學(xué)系統(tǒng)透射式紅外光學(xué)系統(tǒng)也稱折射式紅外光學(xué)系統(tǒng)，它一般由幾個(gè)透鏡或組合透鏡構(gòu)成，每個(gè)組合透鏡可看做一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)。組合透鏡系統(tǒng)由若干個(gè)單透鏡組成，這種系統(tǒng)能很好地消除像差，獲得較好的像質(zhì)，但總透過率較低。近年來，高透過率紅外光學(xué)材料的發(fā)展為透射式系統(tǒng)的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。在前視紅外系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，多半傾向于采用透射系統(tǒng)。
   2）反射式光學(xué)系統(tǒng)由于紅外輻射波長(zhǎng)較長(zhǎng)，能透過它的材料很少，因而早期的光學(xué)系統(tǒng)大都采用反射式紅外光學(xué)系統(tǒng)。透鏡的通光口徑和焦距一定時(shí)，反射系統(tǒng)的反射和吸收損失比透射系統(tǒng)的吸收損失小，且造價(jià)低廉，但像質(zhì)比不上透射系統(tǒng)。反射式光學(xué)系統(tǒng)按截面形狀不同可分為球面形、拋物面形、雙曲面形及橢球面形等4種。
   3）混合式光學(xué)系統(tǒng)混合式光學(xué)系統(tǒng)也稱折射唱反射式光學(xué)系統(tǒng)，它結(jié)合了反射式和透射式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用球面鏡取代非球面鏡，同時(shí)用補(bǔ)償透鏡來校正球面反射鏡的像差，從而獲得較好的像質(zhì)。但這種系統(tǒng)往往體積大，加工困難，成本較高。
   2.增透膜堿金屬鹵族化合物
   紅外材料折射率大多在1.5～2.0，其紅外透過率較高。
   而硫族化合物、硅和鍺的折射率要高得多，在材料表面會(huì)產(chǎn)生高反射損失。為了消除在給定波長(zhǎng)上的反射，可在表面鍍一層增透膜，其光學(xué)厚度等于1/4波長(zhǎng)，可在一個(gè)波帶內(nèi)減小這種反射損失。對(duì)于硅、鍺和三硫化砷，可在一定波長(zhǎng)間隔內(nèi)將絕對(duì)透射率提高一倍［4］。通常對(duì)折射系數(shù)大于1.6的任何透射材料都鍍膜。
   3.濾光片
   為了避免來自背景、大氣和接收器周圍環(huán)境的干擾輻射，常常要用到濾光片。濾光片分為短波通、長(zhǎng)波通和帶通三種。短波通濾光片能透過短于某特定截止波長(zhǎng)的輻射；長(zhǎng)波通濾光片能透過大于某特定截止波長(zhǎng)的輻射；帶通濾光片只能透過一定波段的輻射。
濾光片按其工作原理可分為兩類：吸收濾光片和反射或干涉濾光片。吸收濾光片會(huì)吸收不希望透過的波長(zhǎng)的輻射。吸收濾光片用得較少，因?yàn)樗奈仗匦灾挥性跇O少情況下符合所希望的光譜特性。然而對(duì)長(zhǎng)波通和短波通濾光片來說，一般仍用這一類濾光片。干涉濾光片是以程序控制的方法在基片上或直接在透鏡以及對(duì)輻射敏感的材料上蒸發(fā)一層甚至上百層1/4波長(zhǎng)厚的介電材料而制成的。為了提高反射率要交替使用具有高折射率和低折射率的材料作干涉膜。目前已可做成任意希望的光譜波段濾光片。
   4.紅外探測(cè)器
   1）紅外探測(cè)器分類
紅外探測(cè)器是將紅外輻射轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的元件，可分為量子探測(cè)器和熱電探測(cè)器（非量子探測(cè)器）兩大類。量子探測(cè)器吸收紅外輻射后，入射光子與探測(cè)器材料的電子間直接相互作用，其晶格原子范圍內(nèi)的電子狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生光電效應(yīng)。熱電探測(cè)器吸收紅外輻射后，引起探測(cè)器某一電特性的變化，它不是對(duì)光子的響應(yīng)，而是正比于所吸收的輻射能量。探測(cè)器的響應(yīng)正比于吸收的光子數(shù)，因此有量子計(jì)數(shù)器之稱。
   （1）量子探測(cè)器（光電探測(cè)器）。
   量子探測(cè)器主要利用外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)工作。
   外光電效應(yīng)是由某些金屬、金屬氧化物或半導(dǎo)體材料吸收輻射或吸收光子后發(fā)射電子產(chǎn)生的，這種現(xiàn)象統(tǒng)稱為光電子發(fā)射。這種效應(yīng)實(shí)際上是把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿男?yīng)，其前提是吸收的光子能量要大于或等于電子逸出功。電子逸出功是材料的一種特征值。光電管、光電倍增管、光電圖像轉(zhuǎn)換器和增強(qiáng)器都是根據(jù)這種原理工作的。
內(nèi)光電效應(yīng)是指材料吸收輻射后產(chǎn)生準(zhǔn)自由電子或者電子唱空穴對(duì)的現(xiàn)象。
它與外光電效應(yīng)相反，產(chǎn)生的載流子沒有離開材料本身，而是留在材料內(nèi)部并改變材料電子狀態(tài)。內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光伏效應(yīng)。當(dāng)半導(dǎo)體吸收光子后，半導(dǎo)體內(nèi)有些電子和空穴從原來的不導(dǎo)電束縛狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟軐?dǎo)電的自由狀態(tài)，使它的電導(dǎo)率明顯增大，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。

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