Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Меньшая длина волны (или большая частота) электромагнитного колебания — оптического сигнала обеспечивает возможность более высокой скорости передачи информации или лучшего временного разрешения в оптических системах локации и связи, нежели в подобных радиосистемах. По той же причине обеспечивается возможность измерения малых радиальных скоростей движущихся объектов за счет большого доплеровского смещения частоты оптического диапазона.
В электронике и электротехнике, как правило, имеют дело с одномерным сигналом, являющимся функцией одной переменной —времени. В оптико-электронном приборостроении часто используют многомерность оптического сигнала, который в достаточно общем виде можно представить в виде функции нескольких аргументов —трех пространственных координат, времени, состояния поляризации, длины волны или частоты. Хотя эти аргументы и связаны между собой, например, время и длина волны или частота, на практике удобно (и возможно) разделить эти переменные. Это особенно часто используется при работе с некогерентными оптическими сигналами, основной ха-
41 Глава 2. Сигналы и помехи в оптико-электронных приборах
рактеристикой которых является квадратичная функция — мощность или энергия излучения, а не амплитуда электромагнитного колебания. Такая многомерность сигнала позволяет, например, применить разнообразные и более гибкие средства для его выделения на фоне помех, легче осуществить многоканальную обработку передаваемой информации, однако одновременно вызывает ряд трудностей при описании оптического сигнала, анализе прохождения его через звенья ОЭП, синтезе этих звеньев и ОЭП в целом.
Некогерентные оптические сигналы униполярны, т.е. мощность оптического излучения, переносимая сигналом, не может быть отрицательной. Поэтому в отличие от радиоэлектроники, где часто математическое ожидание сигнала можно принять равным нулю, в оп-тико-электронном приборостроении необходимо учитывать некоторый (постоянный или переменный) уровень этой величины.
Нужно отметить двустороннесть оптического сигнала, являющегося функцией пространственных координат, относительно начала системы этих координат. Если в радиоэлектронике используется принцип последействия, в соответствии с которым сигнал, являющийся функцией времени t, рассматривается лишь после момента t0 его возникновения, т. е. по одну сторону от начала координат (t > t0), то оптический сигнал в виде, например, освещенности в изображении точечного источника рассматривается по обе стороны от начала координат — места идеального изображения точки.
Среди других особенностей распространенных оптических сигналов и полей (двух- и многомерных сигналов) следует указать на их меньшую стационарность по сравнению со многими временными процессами. Так, многие виды шумов в электронных звеньях часто принимаются стационарными случайными процессами. В то же время такие типичные оптические случайные сигналы, как яркости различных природных образований (наземный ландшафт, облачность и др.), очень часто являются нестационарными не только во времени, но и в пространстве.
Можно напомнить о характерной анизотропности многих оптических полей, которые описываются спектром мощности с более чем одним максимумом. Например, пространственное распределение яркости при наблюдении сельского ландшафта из космоса может иметь максимумы спектра мощности, соответствующие низкочастотной структуре (чередованию лесов, полей и т. п.) и высокочастотной структуре (чередованию деревьев, рядов посевов и т. п.).
39 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Глава 3. ОПТИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
3.1. Оптический спектр электромагнитных колебаний
Распределение энергии излучения в зависимости от длины волны или частоты принято называть его спектром. В значительной степени условно принято делить спектр электромагнитных колебаний на радиодиапазон (длина волны к меняется от 1 мм до нескольких десятков километров), оптический диапазон (А. меняется от 1 нм=10"3 мкм до 1 мм) и рентгеновский диапазон (Я.=10"5...10 3 мкм). Весьма широкий оптический диапазон в свою очередь подразделяют на ИК область (от 0,76 мкм до 1 мм), видимую (0,4... 0,76 мкм) и УФ область (IO'3... 0,4 мкм).
Инфракрасная область делится на коротковолновый участок (0,76...1,5мкм), средневолновый (1,5... 20 мкм) и длинноволновый (от 20 мкм до 1 мм). Следует указать, что границы этих диапазонов и участков также в значительной степени условны, и в ряде случаев можно встретить другое деление спектра электромагнитных волн.
В зависимости от характера распределения энергии излучения по спектру источники излучения принято делить на источники с непрерывным спектром, к которым в первую очередь относятся источники теплового излучения (излучения, возникающего в результате теплового возбуждения частиц вещества: атомов, молекул, ионов), источники с полосовым и линейчатым спектрами, к которым относятся люминесцентные излучатели и лазеры (энергия различных видов превращается в энергию излучения без промежуточного преобразования в тепловую), а также источники смешанного типа, излучение которых наряду со сплошным спектром имеет отдельные заметные полосы или линии.
