31光学系统与探测器
制冷型红外热像仪的相关结构介绍
制冷型红外热像仪的相关结构介绍概述红外热像仪是一种能够通过检测物体的红外辐射来实现热成像的设备。
制冷型红外热像仪是在普通红外热像仪的基础上加入了制冷装置，能够在低温环境下工作，从而提高了灵敏度和分辨率。
本文将介绍制冷型红外热像仪的结构。
主要结构制冷型红外热像仪主要由以下四部分组成：1.光学系统2.探测器3.制冷装置4.信号处理与控制系统光学系统光学系统是制冷型红外热像仪的核心部分。
它的主要作用是将被检测物体的红外辐射聚焦到探测器上，形成图像。
光学系统由凸透镜、反射镜和滤光片等组成。
其中，凸透镜和反射镜一般采用硒化锌(SiZn)或氟化镉(InZnCd)等单晶体材料，具有良好的光学性能和机械强度。
滤光片则可以根据需要选择不同的波段，例如3-5μm和8-12μm。
探测器探测器也是制冷型红外热像仪的重要组成部分。
探测器可以将物体发射的红外辐射转换为电信号，并将其传送到信号处理与控制系统进行处理。
常见的探测器有铟锗(InGaAs)探测器和汞锗(HgCdTe)探测器。
铟锗探测器可以工作在3-5μm的波段，汞锗探测器则可以工作在8-12μm的波段。
制冷装置制冷装置是制冷型红外热像仪的关键部件。
由于探测器的工作需要在低温条件下进行，制冷装置的主要作用就是降低探测器的温度。
常见的制冷装置有制冷电路和制冷机。
其中，制冷电路采用热电偶作为制冷源，可以将探测器的温度降低至-50℃左右。
而制冷机则可以将温度降低至-100℃以上，但是由于体积和功耗等因素的限制，目前大多数制冷型红外热像仪采用的是制冷电路。
信号处理与控制系统信号处理与控制系统是制冷型红外热像仪的数据处理和控制核心。
主要负责将探测器采集的信号进行放大、滤波等处理，并将处理后的数据传输到显示器或电脑上进行显示或记录。
同时，控制系统还可以控制制冷装置的开关和温度等参数，确保制冷型红外热像仪的正常工作。
总结制冷型红外热像仪是一种高灵敏度、高分辨率的热成像设备。
它主要由光学系统、探测器、制冷装置和信号处理与控制系统四部分组成。
红外线热成像仪的原理
红外线热成像仪的原理红外线热成像仪是一种非接触式的温度测量仪器，其原理基于物体的红外辐射特性。
红外线热成像仪利用光学系统将物体的红外辐射聚焦到探测器上，然后通过电子系统处理信号，最终在显示器上呈现物体的热图像。
一、红外辐射原理所有物体都会发出红外辐射，这是由于物体内部的微观粒子的振动和运动产生的。
温度越高，物体发出的红外辐射的强度越高。
红外线热成像仪通过测量物体发出的红外辐射强度来推断物体的温度。
二、工作原理红外线热成像仪由光学系统、探测器和电子系统三部分组成。
1.光学系统光学系统的作用是将目标物体的红外辐射聚焦到探测器上。
它通常由透镜或反射镜组成，具有过滤和聚焦的功能。
通过过滤器，光学系统只允许特定波长的红外辐射进入，以减少其他干扰信号的影响。
2.探测器探测器是红外线热成像仪的核心部分，负责接收和测量目标物体的红外辐射。
探测器通常由一系列的热电偶或热电阻组成，能够将红外辐射转换为电信号。
探测器的性能决定了红外线热成像仪的灵敏度和精度。
3.电子系统电子系统负责处理探测器输出的信号，将其转换为可显示的图像。
电子系统通常包括放大器、信号处理器和显示器等组件。
放大器将探测器输出的微弱电信号放大，信号处理器对信号进行进一步处理和修正，最后在显示器上呈现目标物体的热图像。
三、特点及应用红外线热成像仪具有非接触、快速、高精度和高灵敏度等特点，广泛应用于军事、工业、医疗等领域。
在军事领域，红外线热成像仪用于夜视侦查和瞄准目标；在工业领域，红外线热成像仪用于设备故障检测和产品质量检测；在医疗领域，红外线热成像仪用于疾病诊断和治疗监测。
总之，红外线热成像仪是一种基于物体红外辐射特性的温度测量仪器，其工作原理主要包括光学系统、探测器和电子系统三部分。
由于具有非接触、快速、高精度和高灵敏度等特点，红外线热成像仪在军事、工业、医疗等领域得到了广泛应用。
随着技术的不断发展，红外线热成像仪的应用前景将更加广阔。
精密光学元组件产品分类
精密光学元组件产品分类精密光学元组件产品在光学系统中扮演着重要角色，这些产品包括光学元件、光学系统、光学仪器、光学传感器、光学测试设备、激光器件、光电探测器、光纤及光缆和光学材料等。
1、光学元件光学元件包括透镜、反射镜、棱镜、光栅、全息盘、窗口、光阑、滤光片、波片、偏振片、增透膜、减反膜等。
这些元件是光学系统的基本组成部分，用于实现光束的传输、调制、分离、聚焦、反射、折射等光学行为。
2、光学系统光学系统是指由多个光学元件组成的系统，用于实现特定的光学功能。
例如显微镜、望远镜、照相机、投影仪、光谱仪、干涉仪等都是常见的光学系统。
这些系统利用各种光学元件的不同组合，实现对光束的整形、放大、缩小、分束、合束、调制等复杂的光学行为。
3、光学仪器光学仪器是指利用光学原理进行测量或观察的设备。
例如放大镜、显微镜、望远镜、照相机、光谱仪、干涉仪等均属于光学仪器。
这些仪器广泛应用于科学研究和日常生活中，用于对微小物体的观察、对材料特性的测量以及对光谱的分析等。
4、光学传感器光学传感器是用于检测和测量光学信号的装置，它们利用光学原理来获取信息。
例如光电池、光电管、光电倍增管、光敏电阻、CCD等都是常见的光学传感器。
这些传感器广泛应用于光谱分析、物质检测、图像识别等领域，用于对光的强度、波长、相位等信息进行测量和识别。
5、光学测试设备光学测试设备是用于检测和测量光学元件或光学系统的性能的装置。
例如光度计、干涉仪、光谱分析仪、椭偏仪等都是常见的光学测试设备。
这些设备用于对光学元件的表面质量、折射率、吸收系数等进行测量，以及对光学系统的成像质量、光谱分辨率等进行评估。
6、激光器件激光器件是指产生激光的装置，例如激光器、放大器、激光调制器等。
这些器件利用原子或分子在特定能级间跃迁时释放出光子的原理，产生具有高度相干性、高强度和高方向性的激光束。
激光器件广泛应用于工业制造、医疗手术、通讯传输、科学研究等领域。
7、光电探测器光电探测器是用于检测光子并转换为电信号的装置。
基于超导单光子探测器的红外光学系统噪声分析和优化
基于超导单光子探测器的红外光学系统噪声分析和优化周飞;陈奇;刘浩;戴越;魏晨;袁杭;王昊;涂学凑;康琳;贾小氢;赵清源;陈健;张蜡宝;吴培亨【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2024(73)6【摘要】高灵敏度的红外探测系统对于远距离探测有巨大的潜力,但光学系统内部的噪声会抑制探测系统的信噪比,从而降低探测灵敏度与探测距离.本文基于红外超导纳米线单光子探测器,设计了一个工作在中红外波段的光学系统,构建了红外光学系统自发辐射计算模型,理论分析了红外光学系统的信噪比和噪声特性.首次提出了利用高性能超导单光子探测器精确表征红外光学系统的微弱背景辐射光信号,为优化设计红外系统提供了依据.并且基于超导单光子探测器的光子计数能力,研究了光学系统的背景辐射对红外探测系统性能的影响,并优化了光学系统的性能.实验结果表明,超导单光子探测器对于分析红外光学系统具有较高的灵敏度,最小可分辨移动距离为2.74×10^(-2)mm,在黑体温度为100℃时,光子计数率提高了6.4×10^(4)cps(1 cps=1 cycle per second),光学系统的耦合效率提升了97%;在黑体温度为102℃时,光子计数率提高了9.1×10^(4)cps,光学系统的耦合效率提升了114%,降低了杂散辐射对探测系统的影响,同等条件下系统信噪比提升2.7倍,对于超导红外探测系统的应用研究具有重要意义.【总页数】8页(P360-367)【作者】周飞;陈奇;刘浩;戴越;魏晨;袁杭;王昊;涂学凑;康琳;贾小氢;赵清源;陈健;张蜡宝;吴培亨【作者单位】南京大学电子科学与工程学院;网络通信与安全紫金山实验室【正文语种】中文【中图分类】TN2【相关文献】1.基于9根相互交错纳米线结构的高速超导纳米线单光子探测器取得重要进展2.超导动态电感单光子探测器的噪声处理3.超导单光子探测器用1~2K制冷机热力学优化4.基于钛相变边缘传感器的超导单光子探测器特性5.基于非对称法布里-珀罗腔结构的3~5μm高光吸收率超导纳米线单光子探测器优化设计因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
光学系统作用距离计算公式
光学系统作用距离计算公式一、啥是光学系统作用距离。
光学系统作用距离呢，简单来说，就是在光学系统里，从光源或者目标物体到探测器，光能或者信号能有效传播并被接收、识别的这段距离啦。
比如说咱用望远镜看远处的风景，从风景到咱眼睛通过望远镜这个光学系统能看清的这个范围，就涉及到作用距离的概念哟。
想象一下，要是没有这个合适的作用距离，那咱看东西可能就模糊不清，啥都看不好啦。
二、影响光学系统作用距离的因素。
这里面的因素可不少呢。
1. 光源强度。
光源越强，那光传播得就越远，作用距离可能就越大。
就好比大太阳和小夜灯，大太阳那么亮，它的光传播得老远老远，咱在大老远都能感受到它的热量和光亮；而小夜灯就只能照亮它周围一小片地方啦。
2. 光学元件的质量。
像透镜、棱镜这些光学元件，如果质量好，透光性强，对光的折射、反射等处理得好，那光在系统里传播的损耗就小，作用距离也就可能更长。
要是光学元件质量差，光在里面走一圈，损耗一大半，那作用距离肯定就短啦。
3. 探测器的灵敏度。
探测器越灵敏，就能接收到更微弱的光信号，那光学系统的作用距离也能相应变长。
比如说一些高精度的探测器，能捕捉到很微弱的光线，这样即使光传播得比较远，变弱了，它也能检测到。
不同类型的光学系统，计算公式也不太一样哈。
1. 对于简单的几何光学系统。
比如说像一些简单的透镜成像系统，作用距离有时候可以根据成像公式来大致估算。
像1/f = 1/u + 1/v ，这里面f是透镜的焦距，u是物距，v是像距。
通过这个公式，知道了透镜的焦距和物距，就能算出像距，从而对作用距离有个初步的判断哟。
比如说咱知道一个透镜的焦距是10厘米，物体放在离透镜20厘米的地方，那就能算出像距啦，这个像距和物距就和作用距离有一定关系呢。
2. 对于激光光学系统。
激光的作用距离计算可能会复杂一点，有时候要考虑到激光的功率P、光束发散角θ、大气衰减系数α等因素。
有个大概的公式是L = (P/Pr) * (θ/2) / α，这里面L就是作用距离，Pr是探测器能接收到的最小功率。
弹载星敏感器原理及系统应用
弹载星敏感器原理及系统应用引言：弹载星敏感器是一种用于弹道导弹和卫星之间进行星载传感器测试和校准的设备。
它通过收集和分析卫星发射的星光，在导弹的飞行过程中提供准确的导航和定位信息。
本文将介绍弹载星敏感器的原理和系统应用。
一、弹载星敏感器原理弹载星敏感器的工作原理基于光学技术。
它由一个光学系统、一个探测器和一个信号处理单元组成。
在导弹发射前，弹载星敏感器被安装在导弹的头部，以确保其能够在飞行过程中稳定地接收星光信号。
1. 光学系统：光学系统是弹载星敏感器的核心部分，它由透镜、滤光片和其他光学元件组成。
透镜用于聚焦星光信号，滤光片则用于滤除非目标波长的光源，以保证测量的准确性。
2. 探测器：探测器是弹载星敏感器的核心组件，负责将接收到的光信号转化为电信号。
常用的探测器有光电二极管和光电倍增管。
探测器根据接收到的光信号的强度和频率，产生相应的电信号。
3. 信号处理：弹载星敏感器的信号处理单元对探测器输出的电信号进行处理和分析。
它可以测量星光信号的强度、频率和相位等信息，并将这些信息转化为导弹的导航和定位数据。
二、弹载星敏感器系统应用弹载星敏感器在军事和航天领域有着广泛的应用。
以下是其中的几个方面：1. 导航和定位：弹载星敏感器可以通过测量接收到的星光信号，提供导弹的准确导航和定位信息。
通过与卫星系统的配合，可以实现导弹的精确打击目标。
2. 弹道测试和校准：弹载星敏感器可以用于弹道导弹的测试和校准。
在导弹发射前，通过对星光信号的测量和分析，可以评估导弹的飞行性能，并对导弹进行必要的校准。
3. 卫星测试和校准：弹载星敏感器还可以用于卫星的测试和校准。
在卫星发射前，通过对星光信号的测量和分析，可以评估卫星的性能，并对卫星进行必要的校准。
4. 天文观测：除了军事和航天领域，弹载星敏感器还可以用于天文观测。
它可以通过测量星光信号的强度和频率，研究宇宙中的恒星和行星等天体。
结论：弹载星敏感器是一种重要的光学设备，具有精确测量星光信号的能力。
光电探测器的特性及应用
光电探测器的特性及应用光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的装置，常用于光学和电子领域。
它通过吸收光能量并将其转化为电流信号，实现对光的检测和测量。
光电探测器的特性包括响应速度快、灵敏度高、稳定性好等，因此在各种领域都有广泛的应用。
光电探测器的主要特点如下：1. 响应速度快：光电探测器的响应速度通常在纳秒或更短的时间尺度，具有良好的实时性能。
这使得它们能够用于快速测量和检测领域，例如激光技术和高速通信。
2. 灵敏度高：光电探测器可以检测到非常微弱的光信号，并将其转化为电信号。
一些高灵敏度的探测器甚至能够检测单个光子。
这使得光电探测器在光学显微镜、光通信、光谱分析等领域有重要的应用。
3. 波长范围广：光电探测器的波长响应范围通常从紫外线到红外线，取决于其所使用的材料和结构。
这使得光电探测器能够在不同波段的光信号中进行检测，从而适用于不同领域的应用。
4. 稳定性好：光电探测器能够在长时间使用后保持其性能稳定。
它们对外界环境的变化、温度的影响较小，并且能够简单地进行校准和调整。
因此，光电探测器在工业和科研领域得到广泛应用。
5. 容易集成和使用：光电探测器通常具有较小的尺寸和体积，可以方便地进行集成和使用。
它们可以与其他电子器件相结合，形成各种复杂的光电子系统，并且可以通过简单的电路调节来实现不同的测量模式和功能。
光电探测器的应用非常广泛，以下介绍几个典型的应用领域：1. 光通信：光电探测器是光通信系统中的关键元件之一。
它们能够将光信号转化为电信号，并进行接收、放大和解调，用于实现光纤通信的传输和接收。
光电探测器的高灵敏度和快速响应速度使得光通信系统能够实现高速、高质量的数据传输。
2. 光谱分析：光电探测器可以用于光谱分析和光谱测量领域。
它们能够将光信号转化为电信号，并通过测量光电流的强度和波长来实现光谱测量。
光电探测器在物理、化学、生物科学等领域的光谱分析中得到了广泛的应用。
3. 光学显微镜：光电探测器可以用于光学显微镜系统中，实现对样品中光信号的检测和成像。
光探测器与光学系统、光学跟踪
0608776加窗后波前功率谱密度的计算值修正刊,中/柴立群//强激光与粒子束.2005,17(12).18351838(E)波前功率谱密度的数值计算会由于窗函数的使用引入较大的计算误差。
通过对模拟的单一频率波前加窗前后的功率谱密度的理论计算,由傅里叶变换性质推导出了修正因子,并对波前频率与修正因子的关系进行了理论研究。
结果表明,在一定的波前频率及误差范围内,对加汉字窗后1维功率谱密度的计算结果乘上一个常量8/3即可实现简单的有效地修正。
参60760红外、紫外、微光系统与应用、红外成象0608777激光板厚测量数据实时预处理方法刊,中/周俊峰//机械与电子.2005,(12).2932(L)应用移动平均、递归平均和中值滤波等数据处理方法对测量数据进行实时预处理,详细分析比较3种方法不同参数下的处理效果。
结果表明,3种处理方法可针对不同的测量条件,对信号起到消噪、平滑作用,能够显著提高系统的测量精度,满足实时性的要求。
参40608778小波分水岭自动红外图象分割方法=Wavelet water shed automatic infrared image segmentation met hod刊,英/S.R.Neves,E.A.B.da Solva//Electronics Let ters.2003,39(12).903904(E)0608779红外光谱法快速鉴别PE和PVC保鲜膜刊,中/陈华才//中国计量学院学报.2005,16(4).299301(G)利用傅立叶变换红外光谱仪直接采集PE和PVC 食品保鲜膜的红外投射光谱,比较了两种食品保鲜膜的红外光谱特征,明确了各自主要特征峰的归属。
通过检索标准谱库与标准谱图进行对照,对两种保鲜膜进行了定性鉴定。
该方法不需要任何样品前处理过程,具有快速、方便、准确的优点,是对市场上两种食品保鲜膜进行快速定性鉴别的理想方法之一。
参40608780假目标外形尺寸仿真精度的量化分析刊,中/胡江华//解放军理工大学学报(自然科学版).2005,6 (6).563565(L)为了合理地确定假目标外形尺寸仿真精度,分析了影响卫星光学相机极限分辨率的因素以及考虑大气影响下的假目标与背景的亮度对比对于卫星照相系统实际地面分辨率的影响。
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• 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
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、自由空间通信、紫外
线传感、分布式温度传感器
• 3）光电三极管 • 光电晶体管类似普通晶体管也有电流放大作用。
只是它的集电极电流受光的控制，不只是受基极 电路的电流控制。 • 管型为NPN型，集电极加正电压，集电结为反偏 置，发射结为正偏置，集电结为光电结当光照到 集电结上时，集电结即产生光电流Ip向基区注入， 同时在集电极电路产生了一个被放大的输出电流 Ic[=Ie=(1+β)Ip)]，β为电流放大倍数。 • 在一定的光强范围，输出电流与入射光强成线性 关系，入射光强变化3~5个数量级时光电流明显 非线性
• 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
• 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
• 4.热探测器
• 热探测器利用红外辐射的热效应。当热探 测器的敏感元件吸收红外辐射后将引起温 度升高，使敏感元件的相关物理参数发生 变化，通过对这些物理参数及其变化的测 量就可确定探测器所吸收的红外辐射。
• 常用热探测器：热敏电阻、热电偶与热电 堆、热释电探测
• 评价参数相互关系：
• 5.光机扫描器
• 许多大空间区域的目标搜索或成像的光电 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
• 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
• 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
• 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
• 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
• 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
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′）