应用光学—光学系统设计指南 第十六章 光电探测器和热探测器(续)

16.5热探测器到目前为止,我们讨论的探测器都是以量子方式激发的;每一个被吸收的量子平均值,都贡献一定量的输出信号。本节讨论的热探测器是由于温度变化而引起的响应(温度是吸收能量的函数,与其波长无关);热探测器的频谱响应仅由它的频谱吸收率来确定,所以比用简单的光子探测器获得的光谱响应通常要均匀得多。热探测器多半是基本热探测器,也就是说,它们用以测量入射到灵敏区的总辐射,而不管辐射的分布情况(见第16.5.1节)。因此,必须利用扫描来观察辐照度的分布,至此,热成象探测器(或称热象仪)已研制成功,在第16.5.2节将介绍其中三种热象仪。关于噪声特性将在第16.5.3节中讨论。     

应用光学—光学系统设计指南 第十六章 光电探测器和热探测器(续)

16.4.3 光电发射的光-电图象传感器光电发射图象传感器的基本工作原理概略地示于图16.64。光学图象成在光电发射屏K上。在“写入部分”,所释放的光电子聚焦在靶板或存储屏T的前面。经过某种过程,会在靶板的另一面引起电位变化,然后用管子读出部分的电子束加以扫描,跟普通的阳极射线管相似(见第6.3.1节)。这将使电位变化能以某种方法被“读出”。选择使所存积的电荷来控制靶板另一面电位的过程以及读出电位变化的方法,可制造出几种不同类型的管子,其中最重要的管型在下面几节讨论。     

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16.3 光电导探测器光电导探测器分为两大类: 1.均质探测器,其中载流子在材料内处处成自由态,可以被外加电场拉出去。 2.结型探测器,其中载流子产生在p—n结附近,被内部产生的电场分开。结型探测器,除了雪崩二极管之外,不会有上述的增益。另一方面,时间常数非常短(见表167)。我们将在第16.3.1和16.3.2节分别简要说明较重要的光电导探测器——均质探测     

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16.5.2热象探测器(热象仪) 本节简要讨论两种能直接显示图象的热探测系统和一种热光-电图象传感器。 16.5.2.1 蒸发热象仪早在1840年,约翰·海歇尔就已经利用有差别的湿度蒸发法来使红外象变成可见象。最近这个原理已经发展成更为成熟,更为灵敏的装置——蒸发热象仪。这种仪器如图16.93。所示。其工作原理基于油层反射表面的差分蒸发,其蒸发速率因层厚可由表面上成象的通量密度加以控制。由于干涉效应,某处的液层厚度又控制着该处出现的颜色。     

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16.3.2.2 耗尽层光电二极管光生伏打的工作依靠内部产生的电场;电场是有限度的,到一定程度时载流子的漂移速度以及响应速度也会受到限制。由于跃迁时间加长,复合作用可使到达外电路的自由载流子数减少。这样,高频响应和响应度都受到电场的限制。为了克服这种限制,我们可以用外加电场去补充内部电场。此外电场必须“反向”施加,即在此方向上只允许少数载流子流动。事实上,在结附近产生的载流子被迅速排空,建立一个耗尽层,此耗     

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第十六章光电探测器和热探测器(续) 16.4 图象探测器到此为止,我们所讨论的光电探测器都只能测量总的通量,不能有效地响应通量分布的变化。若与机械或光学扫描装置配合起来使用,则这种探测器便能测出图象中的通量分布。另外还有两种光电探测器件,它们     

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第十六章光电探测器和热探测器(续) 16.4.2 光-光象管如第6.3.2节所述,光-光象管由光电发射阴极、电子光学系统和荧光屏组成;若用来增强图象的亮度,则称为象增强管;若主要用来改变图象光通量的波长,则称为变象管。其基本结构见图16.42。     

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16.4.4.2 具有结型靶的管子我们已经指出光导摄象管的灵敏度受靶两端可容许的电压所限制;并且由于光电导体响应时间较长而影响了光导摄象管在微光条件下的使用。若光电导体层采用二极管结构便能克服这两个缺点。这种结构允许在光电导体两端加上较高的反向电压,从而确保几乎所有的由光照产生的载流子都能被读出电子束从被读结中扫出(量子效率接近1);此外,这种管子的响应速度也相当快,有可能在微光条件下工作。的确,如参     

应用光学——光学系统设计指南 第十六章 光电探测器和热探测器

16.1光电探测中呈现的现象 16.1.1原理和分类为探测光线,我们原则上可以利用光对物质产生的某种效应。本章主要讨论固体因吸收辐射而激发出电子的一些现象,只在最后一节才讨论探测光线时所使用的热辐射效应。在前一卷犷(第4.8.2节)中已经谈到,固体中电子分布在由禁带隔开的能带之中,我们感兴趣的现象系发生在价带、导带以及半无限“带”之间。电子在价带中几乎不动,在导带中非常常活跃,而在半无限“带”中不再被束缚在原固体中。我们称半     

应用光学——光学系统设计指南 第十六章 光电探测器和热探测器

16.2.3 电子倍增和光电倍增管(MPT) 为了测量和探测的需要,光电管的输出常需要加以放大。毫无疑问,这种放大会增加信号的噪声,不过噪声究竟增加多少则取决于放大方法(见第16.2.4节)。电子倍增是噪声比较低的放大方法,因此往往常用     

应用光学——光学系统设计指南 第十九章 相干光学系统(续)

19.3.1.6厚全息图:布拉格衍射和反射全息图三维干涉图我们在前面对全息记录和再现的分析是基于假设全息图是“平面”,也就是说,假定全息图的整个作用发生在平面上。只有当记录的厚度与全息图条纹之间的间隔相比很小时,这种近似是正确的。为了便于说明,研究一下用He-Ne激光器(λ=0.6328μm)并在物光束和参考光束的夹角(θ)为30°时制成的全息图。条纹间隔(见(19.95)式]为     

应用光学——光学系统设计指南 第十九章 相干光学系统(续)

19.1 完全相干系统和部分相干系统成象 19.1.1 非相干近似和完全相干近似的极限当物体发出非相干辐射时,光学成象系统一般在强度上是线性的(非线性光学中获得的功率除外);当物体以完全相干方式发出辐射时,那么就可以用复数振幅叠加来加以处理(不过,这时一些意外的现象可能会打破人们的设想,见第19.1.3节和第19.1.4节)。当我们试图来分析一个部分相干系统     

应用光学——光学系统设计指南 第十五章 视觉(续)

15.4 空间特性视觉系统可分为四个阶段,每个阶段对系统的成象性能各有其作用。 1.光学阶段这个阶段指由人眼本身进行的成象,包括角膜和透镜的聚焦作用与网膜和透镜内的光的散射。 2.网膜受体阶段这个阶段包括电磁能转换成神经信号。 3.网膜神经阶段这个阶段包括在网膜内发生的信号处理,这是传递特性的主要决定因素。由于在网膜受体和神经中有大量的横向互连,所以我们可以料定这个阶段也对扩展函数有很大的影响。     

应用光学——光学系统设计指南 第十五章 视觉(续)

第十五章视觉(续)15.8 体视和空间感(?)人们有充分的理由提问:为什么利用二维视网膜象可以得到周围三维空间的非常完整的图象?这是因为,事实上存在着许多可供我们利用的空间感信息,不过对于在仪器中应用来讲,其中只有两项(即体视和单目视     

应用光学——光学系统设计指南 第十五章 视觉(续)

15.7.1 色视觉色感觉的主要特征已经在第1.2节中作过介绍。这里我们仅局限于:(a)讨论辨别颜色的视觉性能;(b)简要介绍色视觉的理论;(c)介绍色视觉的缺陷。 15.7.1 色的辩别和色度的稳定性[3a] 我们希望知道,一种颜色必须变化多少,这种变化才能被一个普通的观察者发觉。由于色感觉的三维性,这种变化可能是三个参数(色相、饱和度和亮度)的任何一个或者是它们的任意组合。在这一节中,我们分别介绍在色相和饱和度方面发生变化时     

应用光学——光学系统设计指南 第十五章 视觉(续)

15.4.3 分辨率和锐度 15.4.3.1 定义一个光学系统的空间阈性能通常用分辨率来描述,即分开或分辨两个物体(也就是认出它们是两个物体)的能力。在视觉中该术语经常用锐度来代替。严格地讲,这个术语应指清晰度,即指亮度梯度的尖锐程度;但是在这里它被用作一种识别细节能力的尺度。     

应用光学——光学系统设计指南 第十五章 视觉(续)

15.2 心理物理测量:某些概念如果把视觉系统看成是通讯系统的一个组件,那么传递特性、空间特性和时间特性是待研究的基本参数。系统的“噪音”也是很重要的,因为它与其他参数一起确定了系统性能的极限。下面对每种特性各用一节加以讨论。因为上述参数的讨论是以心理物理概念和方法为基础的,所以,我们在讨论之前,简要地介绍一下其中某些概念。     

应用光学——光学系统设计指南 第十二章 大气光学(续)

12.4 通过大气的成象在第12.2节中讨论过了辐射通过大气时的吸收和散射。在本节中我们分析吸收和散射对成象的影响。 12.4.1 亮度的传播就成象而论,吸收效应只不过是一种成象通量的衰减,这种衰减在任一波长上都是随距离成指数形式衰减的。然而,散射有双     

应用光学——光学系统设计指南 第十章 光学介质(续)

10.1.4 化学和辐射效应硅酸盐玻璃一般有较强的抗化学作用。尽管如此,但它们还是会受某些因素的影响,使其表面损坏。下面列出了这种损坏的某些最常见的原因: 1.碱溶液和稀释氢氟酸会使Si—O键断开,并缓慢分解玻璃。 2.酸溶液可能在玻璃表面上由氢取代碱,因而可能导致表面上形成低折射率的膜层。虽然它对玻璃的外观有些损害,但这种染色在实用上却是有益的,因为它起着低反射涂层的作用。     

应用光学——光学系统设计指南 第十三章 集成光学和纤维光学(续)

13.2.3 物理光学考虑纤维光导的某些重要现象不能用几何光学来解释,特别是当纤维直径为波长数量级时,波模结构变成主要的,需要用物理光学方法进行处理。这些就是本节研究的对象。