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红外热像仪的组成部分

发表于：2012/12/18 10:19:17 标签：
   红外光学系统的作用是收集辐射，将辐射会聚到探测器灵敏面上。光学系统的使用可大大提高灵敏面上的照度，提高仪器性噪比，增大系统探测能力。红外光学系统分为透射式光学系统、反射式光学系统和混合式光学系统［2］。
   1）透射式光学系统透射式红外光学系统也称折射式红外光学系统，它一般由几个透镜或组合透镜构成，每个组合透镜可看做一个光学系统。组合透镜系统由若干个单透镜组成，这种系统能很好地消除像差，获得较好的像质，但总透过率较低。近年来，高透过率红外光学材料的发展为透射式系统的应用创造了条件。在前视红外系统设计中，多半倾向于采用透射系统。
   2）反射式光学系统由于红外辐射波长较长，能透过它的材料很少，因而早期的光学系统大都采用反射式红外光学系统。透镜的通光口径和焦距一定时，反射系统的反射和吸收损失比透射系统的吸收损失小，且造价低廉，但像质比不上透射系统。反射式光学系统按截面形状不同可分为球面形、抛物面形、双曲面形及椭球面形等4种。
   3）混合式光学系统混合式光学系统也称折射唱反射式光学系统，它结合了反射式和透射式系统的优点，采用球面镜取代非球面镜，同时用补偿透镜来校正球面反射镜的像差，从而获得较好的像质。但这种系统往往体积大，加工困难，成本较高。
   2.增透膜碱金属卤族化合物
   红外材料折射率大多在1.5～2.0，其红外透过率较高。
   而硫族化合物、硅和锗的折射率要高得多，在材料表面会产生高反射损失。为了消除在给定波长上的反射，可在表面镀一层增透膜，其光学厚度等于1/4波长，可在一个波带内减小这种反射损失。对于硅、锗和三硫化砷，可在一定波长间隔内将绝对透射率提高一倍［4］。通常对折射系数大于1.6的任何透射材料都镀膜。
   3.滤光片
   为了避免来自背景、大气和接收器周围环境的干扰辐射，常常要用到滤光片。滤光片分为短波通、长波通和带通三种。短波通滤光片能透过短于某特定截止波长的辐射；长波通滤光片能透过大于某特定截止波长的辐射；带通滤光片只能透过一定波段的辐射。
滤光片按其工作原理可分为两类：吸收滤光片和反射或干涉滤光片。吸收滤光片会吸收不希望透过的波长的辐射。吸收滤光片用得较少，因为它的吸收特性只有在极少情况下符合所希望的光谱特性。然而对长波通和短波通滤光片来说，一般仍用这一类滤光片。干涉滤光片是以程序控制的方法在基片上或直接在透镜以及对辐射敏感的材料上蒸发一层甚至上百层1/4波长厚的介电材料而制成的。为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谱波段滤光片。
   4.红外探测器
   1）红外探测器分类
红外探测器是将红外辐射转换为电信号的元件，可分为量子探测器和热电探测器（非量子探测器）两大类。量子探测器吸收红外辐射后，入射光子与探测器材料的电子间直接相互作用，其晶格原子范围内的电子状态发生变化，产生光电效应。热电探测器吸收红外辐射后，引起探测器某一电特性的变化，它不是对光子的响应，而是正比于所吸收的辐射能量。探测器的响应正比于吸收的光子数，因此有量子计数器之称。
   （1）量子探测器（光电探测器）。
   量子探测器主要利用外光电效应和内光电效应工作。
   外光电效应是由某些金属、金属氧化物或半导体材料吸收辐射或吸收光子后发射电子产生的，这种现象统称为光电子发射。这种效应实际上是把光能转变为电能的效应，其前提是吸收的光子能量要大于或等于电子逸出功。电子逸出功是材料的一种特征值。光电管、光电倍增管、光电图像转换器和增强器都是根据这种原理工作的。
内光电效应是指材料吸收辐射后产生准自由电子或者电子唱空穴对的现象。
它与外光电效应相反，产生的载流子没有离开材料本身，而是留在材料内部并改变材料电子状态。内光电效应又分为光电导效应和光伏效应。当半导体吸收光子后，半导体内有些电子和空穴从原来的不导电束缚状态转变为能导电的自由状态，使它的电导率明显增大，这种现象称为光电导效应。

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