紅外熱像儀的組成部分

發表于：2012/12/18 10:19:17 標簽：
   紅外光學系統的作用是收集輻射，將輻射會聚到探測器靈敏面上。光學系統的使用可大大提高靈敏面上的照度，提高儀器性噪比，增大系統探測能力。紅外光學系統分為透射式光學系統、反射式光學系統和混合式光學系統［2］。
   1）透射式光學系統透射式紅外光學系統也稱折射式紅外光學系統，它一般由幾個透鏡或組合透鏡構成，每個組合透鏡可看做一個光學系統。組合透鏡系統由若干個單透鏡組成，這種系統能很好地消除像差，獲得較好的像質，但總透過率較低。近年來，高透過率紅外光學材料的發展為透射式系統的應用創造了條件。在前視紅外系統設計中，多半傾向于采用透射系統。
   2）反射式光學系統由于紅外輻射波長較長，能透過它的材料很少，因而早期的光學系統大都采用反射式紅外光學系統。透鏡的通光口徑和焦距一定時，反射系統的反射和吸收損失比透射系統的吸收損失小，且造價低廉，但像質比不上透射系統。反射式光學系統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）混合式光學系統混合式光學系統也稱折射唱反射式光學系統，它結合了反射式和透射式系統的優點，采用球面鏡取代非球面鏡，同時用補償透鏡來校正球面反射鏡的像差，從而獲得較好的像質。但這種系統往往體積大，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，在材料表面會產生高反射損失。為了消除在給定波長上的反射，可在表面鍍一層增透膜，其光學厚度等于1/4波長，可在一個波帶內減小這種反射損失。對于硅、鍺和三硫化砷，可在一定波長間隔內將絕對透射率提高一倍［4］。通常對折射系數大于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境的干擾輻射，常常要用到濾光片。濾光片分為短波通、長波通和帶通三種。短波通濾光片能透過短于某特定截止波長的輻射；長波通濾光片能透過大于某特定截止波長的輻射；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。吸收濾光片會吸收不希望透過的波長的輻射。吸收濾光片用得較少，因為它的吸收特性只有在極少情況下符合所希望的光譜特性。然而對長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輻射敏感的材料上蒸發一層甚至上百層1/4波長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.紅外探測器
   1）紅外探測器分類
紅外探測器是將紅外輻射轉換為電信號的元件，可分為量子探測器和熱電探測器（非量子探測器）兩大類。量子探測器吸收紅外輻射后，入射光子與探測器材料的電子間直接相互作用，其晶格原子范圍內的電子狀態發生變化，產生光電效應。熱電探測器吸收紅外輻射后，引起探測器某一電特性的變化，它不是對光子的響應，而是正比于所吸收的輻射能量。探測器的響應正比于吸收的光子數，因此有量子計數器之稱。
   （1）量子探測器（光電探測器）。
   量子探測器主要利用外光電效應和內光電效應工作。
   外光電效應是由某些金屬、金屬氧化物或半導體材料吸收輻射或吸收光子后發射電子產生的，這種現象統稱為光電子發射。這種效應實際上是把光能轉變為電能的效應，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、光電圖像轉換器和增強器都是根據這種原理工作的。
內光電效應是指材料吸收輻射后產生準自由電子或者電子唱空穴對的現象。
它與外光電效應相反，產生的載流子沒有離開材料本身，而是留在材料內部并改變材料電子狀態。內光電效應又分為光電導效應和光伏效應。當半導體吸收光子后，半導體內有些電子和空穴從原來的不導電束縛狀態轉變為能導電的自由狀態，使它的電導率明顯增大，這種現象稱為光電導效應。

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