Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
145 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Иногда некоторые важнейшие условия измерений параметра приводятся в качестве индексов при его обозначении. Например, D*500901 означает, что измерение D велось по черному телу с температурой 500 К, при частоте модуляции 90 Гц и было отнесено к полосе пропускания 1 Гц.
В реальных условиях работы ПИ принимает поток, как правило, отличающийся по своему спектральному составу от потока, который он принимает при паспортизации. Например, это происходит вследствие того, что температура излучателя, по которому работает ОЭП, отличается от температуры источника, по которому паспортизуется (калибруется) ПИ. В ряде случаев ПИ, откалиброванный по отношению к излучению со сплошным спектром (например, по отношению к излучению черного тела), работает с монохроматическим потоком (например, потоком, приходящим от лазера). Поэтому в каждом таком случае параметры ПИ должны быть пересчитаны для новых условий. Рассмотрим характерный пример пересчета чувствительности ПИ.
Пусть имеется ПИ с чувствительностью Svl к излучению со спектральной плотностью потока излучения Фхг Требуется определить его чувствительность sv2 к излучению источника, описываемому функцией т.е., например, к излучателю с другой температурой.
Выражение для чувствительности ПИ в общем виде можно записать как
AF _ _ дф hmaI *
ЛП
где Фх — функция, описывающая распределение потока, пришедшего на ПИ в диапазоне Xm.. .Xn по спектру длин волн; тх — спектральный коэффициент пропускания среды; Sx — спектральная характеристика чувствительности ПИ; sXmax — абсолютное значение спектральной чувствительности в максимуме спектральной характеристики ПИ.
При измерении чувствительности Svl работа происходит в среде со спектральным пропусканием Tu в диапазоне X1...X2, а при работе по излучателю, свойства которого описываются функцией Ф^ — в среде с пропусканием Xx2 в диапазоне X3...X4, причем Xx2 может учитывать и пропускание оптики прибора.
Если в случае калибровки ПИ и при его работе в реальных условиях рабочая точка энергетической характеристики для монохрома-
146 Глава 6. Приемник излучения как звено оптико-электронного прибора
тичєского потока лежит в линеинои зоне, т.е. Skmax , = Skmax 2 = Skmax, то, очевидно,
x2 X4
JvcXi0Xi^ J SxTk2OJx2 dX
svl = sXmax >' sv2 = sXmax X4 >'
(тх/Фхі^ JtllOll dx
x/ x3
X2 X4
JTXIOUCR J тх2фх2<а
_ Xj __ Xq
sXmax ~ Svl Y2 — Sv2 Y4
X? X4
x/ x3
откуда искомая величина
X4 X2
„ -„ Ы___X,_
ьи2 - bVl X4 X4
Jt k2<bk2dX J sxtxiOxi dX
x3 x3
(6.3)
В том случае, когда берутся одинаковые пределы интегрирования по X, а величины Txi и Txi принимаются постоянными,
SX2 = sXI Ф2/Ф1. (6-4)
где Cpi и ср2 — коэффициенты использования (см. § 6.2).
Очень часто в практике подобных расчетов приходится переходить от параметров, размерность которых выражена в световых единицах, к параметрам с размерностью в энергетических единицах. Например, значение токовой чувствительности кремниевого фотодиода приводится в единицах ампер на люмен, в то время как максимум его спектральной характеристики чувствительности приходится на ближнюю ИК область, где поток измеряется не в люменах, а в ваттах. Паспортная чувствительность S1 в амперах на люмен определяется по источнику — лампе с определенными температурой нити накала T1 <ГЦ- 2856 К) и спектром ФХІ, и может быть с учетом формулы для све-
147 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
тового потока (см. § 3.2) представлена для диапазона X1...X2 как
'-г
JeXVpU
Дф aImax 0.76
683 JvlTuOuda.
0.4
Рассуждая так же, как и при выводе (6.3), можно получить следующее выражение для токовой чувствительности S12, определенной для излучателя со спектром Oxp в диапазоне X3...X4:
х4 0.76
683$sxTx2<S>x2dX JfxTuOu dX
о _ о 13___OA__
x4 x2 (65)
J^X2®X2^ Jsx-Cx/Фх/^ X3 X1
Аналогично можно пересчитать и другие параметры, изменяющиеся с переходом к излучателю с новым спектральным составом излучения. Например, для пересчета порога чувствительности можно воспользоваться зависимостью (6.4), и если радиационный шум ПИ мал по сравнению с другими шумовыми составляющими, то формула для величин Фп в соответствии с (6.1) и (6.4) будет выглядеть следующим образом:
Фп2 = фп/Ф//Фг- (6.6)
Общую методику пересчета параметров можно свести к следующей последовательности действий:
составляется развернутое — «спектральное» — выражение для известного (паспортного) параметра ПИ с учетом его размерности;
составляется такое же выражение для искомого — пересчитываемого — параметра с учетом отличий в условиях работы ПИ и размерности по сравнению с паспортным параметром;
полученная система из двух уравнений решается относительно искомой величины.
Эта же методика может быть использована и при пересчете интегральных параметров в спектральные, т.е. при определении чувствительности ПИ к монохроматическому излучению.
Пусть, например, требуется определить чувствительность ПИ, от-калиброванного по излучению известного спектрального состава Фх, для какой-либо длины волны X (для монохроматического излучения)
