 |
Задачи, решаемые с помощью ОЭС
|
|
|
|
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).
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.).
|
|
|
|
|
|
