光学系统与探测器.ppt

3.1光学系统与探测器 1：光学系统 是光电系统中获取目标光信息的组成部分。 两大类： 能量传输系统：收集或传输目标的光能量信息。主要用于光度测量 图像传输系统：摄取目标的图像信息 光学系统的基本特性 数值孔径（NA）或相对孔径（D/f′）、线视场或视场角（2ω）、系统横向放大率（β）、焦距（f′）、入瞳直径（D）、出瞳直径（D′） 1.显微物镜的光学特性 显微镜是用来观察近距离微小物体的光学系统。 传统目视显微镜由显微物镜和目镜组成 光电显微系统是由显微物镜成一次像，通过光学接口把物镜一次像成于光电探测器的靶面 显微物镜特点：短焦距、大孔径、小视场 主要光学评价参数：放大倍率β、数值孔径NA、焦距f′ 评价参数相互关系： 2.望远物镜的光学特性 望远系统用于观察远距离物体。 光电望远系统是把光电探测器置于望远物镜的像方焦平面处 望远物镜的光学特点：小视场、小孔径、长焦距 主要光学特性参数：相对孔径D/f′、视场角2ω、放大倍率、空间分辨率（工作距离）、 评价参数相互关系： 3.照相物镜的光学特性 照相物镜是将物体的像成像在感光底片或光电探测器靶面上。 照相物镜的光学特点：照相物镜是同时具有大相对孔径和大视场的光学系统 主要光学特性参数：焦距f′ 、相对孔径D/f′）、视场角2ω 、 F数 4.放映物镜和投影物镜 在成像关系方面相当于倒置使用的照相物镜 主要光学特性参数：相对孔径D/f′、视场角2ω、放大倍率β 评价参数相互关系： 5.光机扫描器 许多大空间区域的目标有哪些信誉好的足球投注网站或成像的光电系统，光电探测器的靶面尺寸小，不能满足瞬时视场的要求，通常采用光学机械扫描方法成像 扫描方式分类：平行光束扫描、会聚光束扫描 平行光束扫描 会聚光束扫描 常用光机扫描器 2：光电探测器 能接收光学系统的光能信息，并将光信号转换为电信号的器件 主要分为五种类型： 1.光电子发射器件 利用光电阴极材料的外光电效应，探测光子，并转换为电流 光电管、光电倍增管 主要用于探测弱辐射目标、响应速度快：激光测距、光雷达 2.光电导器件 利用感光材料的光电导效应 硫化镉CdS和硒化镉CdSe光敏电阻：可见光 硫化铅PbS光敏电阻：近红外1.0~3.5μm波段（第一个大气红外窗口），峰值响应波长2.4μm 锑化铟InSb光敏电阻：中红外3~5μm （第二个大气红外窗口） 碲镉汞Hg0.8Cd0.2Te光敏电阻：8~14μm远红外（第三个大气红外窗口），峰值响应波长10.6μm （和CO2激光器激光波长匹配） 主要用于光电自动探测系统、光电跟踪系统、导弹制导、红外光谱系统等 3.光伏探测器 1）光电池 光电池是一种特殊的半导体二极管，在光的照射下产生电动势（光生伏特效应），能将可见光转化为直流电。引起光伏效应的只能是本征吸收所激发的少数载流子 常用有硒光电池、硅光电池和硫化铊、硫化银光电池等。主要用于仪表，自动化遥测和遥控方面。 太阳能电池可以直接把太阳能转变为电能。应用在人造地卫星、灯塔、无人气象站等处 光电池工作时不需要外加偏压，其短路光电流与入射光功率成线性关系（做探测用时，负载电阻要很小，接近短路状态，线性度也好）；开路电压与入射光功率呈对数关系。 2）光电二极管 光电二极管（Photo-Diode）和普通二极管一样，由一个PN结组成，也具有单方向导电特性。但它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件 光电二极管是在反向电压作用下工作。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子。 PN型：照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度计、照相机曝光计 PIN型（光电二极管的PN结中间掺入一层浓度很低的N型半导体，就可以增大耗尽区的宽度，达到减小扩散运动的影响，提高响应速度的目的。由于这一掺入层的掺杂浓度低，近乎本征（Intrinsic）半导体，故称I层，因此这种结构成为PIN光电二极管）：高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传真 发射键型（使用Au薄膜与N型半导体结代替P型半导体）：主要用于紫外线等短波光的检测 雪崩型（APD）（在以硅或锗为材料制成的pn结上加上反向偏压后，射入的光被pn结吸收后会形成光电流。加大反向偏压会产生“雪崩” ，即光电流成倍地激增的现象，提高了检测灵敏度，增益可达102~103响应速度非常快，具有倍速作用，硅管约为0.5~1.1ns，频率响应可达几千赫兹，光电倍增管的窄脉冲响应很好，但0.8~1.1 μm 区域APD更好）：可检测微弱光、高速光通信、高速光检测、激光测距仪、共焦显微镜检查、视频扫描成像仪、 高速分析仪器、自由空间通