Большие успехи, достигнутые во второй половине XX века в области практического использования электромагнитного излучения в инфракрасной части оптического диапазона, привели к развитию новой отрасли техники — инфракрасной (ИК) техники. В настоящее время приборы ИК техники широко применяются в научных исследованиях, народном хозяйстве, военном деле. Можно привести множество примеров практического использования этих приборов: видение и фотографирование в темноте; дистанционное измерение температур и теплового излучения различных тел; химический анализ веществ по спектрам их поглощения и излучения в ИК-области спектра; инфракрасные астрономические исследования; тепловидение; обнаружение морских, наземных, воздушных объектов; самонаведение ракет и др.

Значение ИК-техники ещё более возросло в связи с широко развернувшимся освоением космического пространства. ИК-радиометры и спектрометры различных типов, установленные на космических аппаратах, успешно используются для дистанционного изучения земных и водных ресурсов, исследования метеорологических процессов, а также изучения планет Солнечной системы.

Целью настоящего учебника является ознакомление учащихся с основами знаний по современной инфракрасной технике. Не останавливаясь подробно на всём многообразии приборов, используемых в ИК-технике, авторы старались дать понятия об основных направлениях развития современного приборостроения в этой области и привести описание конструкций, принципов действия или наиболее характерных технических решений для приборов каждого класса.

Главы 1, 2, 5, 6, 7, 8 и 10 написаны В. В. Козелкиным, главы 3, 4, 9, 11, 12, разд. 7.3, 6.3.5 — И. Ф. Усольцевым.

В третьем издании учебника переработаны и дополнены новыми данными практически все главы.

Авторы выражают благодарность заведующему кафедрой оптико-электронных приборов МИИГАиК д-ру техн. наук, профессору Ю. Г. Якушенкову за ценные рекомендации и замечания, сделанные при рецензировании рукописи третьего издания…

Предисловие к третьему изданию

Предисловие к третьему изданию	3

Ч а с т ь I. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ПРИБОРОВ
ИНФРАКРАСНОЙ ТЕХНИКИ

Глава 1. Инфракрасное излучение. Основные понятия и законы	4

1.1. Инфракрасный спектр	4
1.2. Энергия излучения. Энергетические и светотехнические величины	8
1.2.1. Закон Ламберта	11
1.2.2. Связь между энергетическими и светотехническими единицами
измерений	12
1.3. Основные законы ИК-излучения	14
1.3.1. Закон Кирхгофа	15
1.3.2. Закон Стефана-Больцмана	16
1.3.3. Закон Вина	17
1.3.4. Распределение энергии в спектре излучения чёрного
тела. Закон Планка	18
1.3.5. Излучение нечерных тел	20
1.4. Прохождение ИК-излучения через различные среды	25
1.4.1. Ослабление потока излучения средой	25
1.4.2. Прохождение ИК-излучения через земную атмосферу	28

Глава 2. Источники некогерентного инфракрасного излучения	32

2.1. Классификация источников ИК-излучения	32
2.2. Источники температурного излучения	33
2.2.1. Модели чёрного тела	33
2.2.2. Электрические ИК-излучатели с открытыми телами накала	35
2.2.3. Электрические ИК-излучатели с телами накала в стеклянных
оболочках	38
2.2.4. Электрические ИК-излучатели с керамическими и
металлическими оболочками	41
2.3. Естественные источники ИК-излучения	42
2.3.1. Солнце	42
2.3.2. Земля и облака	43
2.3.3. Дневное и ночное небо	45

Глава 3. Источники когерентного излучения (лазеры)	46

3.1. Физические основы работы лазеров	46
3.2. Лазеры на твёрдом теле	51
3.3. Газовые лазеры	61
3.4. Полупроводниковые лазеры	64
3.5. Параметры лазеров и методы их измерения	68
3.5.1. Мощность (энергия) излучения, КПД	68
3.5.2. Направленность излучения	70
3.5.3. Монохроматичность и когерентность излучения	71
3.5.4. Методы измерения основных параметров лазеров	72

Глава 4. Приёмники инфракрасного излучения	76

4.1. Классификация приёмников ИК-излучения	76
4.2. Параметры и характеристики приёмников	78
4.2.1. Параметры	78
4.2.2. Характеристики	83
4.3. Тепловые (неселективные) приёмники излучения	87
4.3.1. Термоэлементы	87
4.3.2. Болометры	89
4.3.3. Пироэлектрические приёмники	92
4.4. Фотоэффект	94
4.5. Приёмники с внутренним фотоэффектом	97
4.5.1. Фоторезисторы	97
4.5.2. Фотогальванические приёмники	101
4.5.3. Фотодиоды и фототранзисторы	102
4.5.4. Многодиапазонные приёмники	104
4.5.5. Приёмники с зарядовой связью	106
4.6. Охлаждение приёмников ИК-излучения	107
4.6.1. Криостаты	108
4.6.2. Термоэлектрические холодильники	108
4.6.3. Холодильники Джоуля-Томпсона	110
4.6.4. Холодильники с переносом хладагента.	111

Глава 5. Преобразователи инфракрасного излучения	112

5.1. Электронно-оптические преобразователи изображения	113
5.1 1. Устройство и принцип действия	113
5.1.2. Параметры и характеристики	117
5.1.3. Каскадные электронно-оптические преобразователи	119
5.1.4. Электронно-оптические преобразователи с канальным
электронным умножением	120

Глава 6. Оптические материалы и оптические системы для инфракрасной
области спектра	122

6.1. Материалы для оптических систем ИК-приборов	122
6.1.1. Стёкла и кварц	123
6.1.2. Кристаллические материалы	125
6.1.3. Оптическая керамика	128
6.1.4. Материалы для отражающих покрытий	130
6.2. Фильтры ИК-области спектра	132
6.2.1. Твёрдые поглощающие фильтры	134
6.2.2. Непоглощающие фильтры	135
6.2.3. Интерференционные фильтры	136
6.3. Оптические системы ИК-области спектра	138
6.3.1. Назначение, основные характеристики и классификация	138
6.3.2. Линзовые ИК-оптические системы	140
6.3.3. Отражательные (зеркальные) оптические системы	143
6.3.4. Комбинированные зеркально-линзовые оптические системы	144
6.3.5. Волоконная оптика	147

Ч а с т ь II. ПРИМЕНЕНИЕ ИНФРАКРАСНОЙ ТЕХНИКИ

Глава 7. Системы ИК-спектроскопии	153

7.1. ИК-спектроскопия. Основные понятия	153
7.2. Спектральные приборы для ИК-области спектра	155
7.3. Лазерная спектроскопия	158

Глава 8. Наблюдение и фотографирование в инфракрасных лучах.
Тепловидение. Радиометрия	161

8.1. Фотографирование в ИК-лучах оптическими фотокамерами	161
8.2. Электронно-оптические ИК-приборы ночного видения	164
8.3. Системы тепловидения	168
8.4. Радиометры и пирометры	177

Глава 9. Теплопеленгация и локация. Управление автоматическими
объектами	179

9.1. Принципы устройства ИК-приборов обнаружения и теплопеленгации	179
9.1.1. Структурные схемы теплопеленгационных приборов	179
9.1.2. Анализаторы поля зрения	180
9.1.3. Координаторы	184
9.2. Обзорные (сканирующие) теплопеленгаторы	193
9.3. ИК-приборы автоматического управления	199
9.3.1. Структурная схема объекта управления	199
9.3.2. Следящие тепловые головки	204
9.4. Дальномеры и оптические локаторы	208
9.4.1. Дальномеры	208
9.4.2. Оптические локаторы	211

Глава 10. Инфракрасная техника в космических исследованиях	214

10.1. Приборы для космической навигации	214
10.1.1. Следящие датчики горизонта	217
10.1.2. Сканирующие датчики горизонта	218
10.1.3. Радиационно-балансные датчики горизонта	218
10.2. Приборы для изучения окружающей природной среды,
метеорологических и астрофизических исследований	219
10.2.1. Исследование природных ресурсов	220
10.2.2. Метеорологические исследования	221
10.2.3. Астрофизические исследования	223

Глава 11. Расчёт основных параметров ИК-приборов	229

11.1. Выбор приёмника излучения и определение параметров
оптической системы	229
11.2. Мгновенное поле зрения и разрешающая способность	230
11.3. Точность пеленгации	233
11.4. Расчёт приёмно-усилительного тракта теплопеленгационных
приборов	233
11.4.1. Подбор входного сопротивления усилителя и нагрузка
приёмника	234
11.4.2. Расчёт коэффициента усиления и полосы пропускания
усилителя фототоков	235
11.5. Чувствительность и дальность действия	236
11.5.1. Чувствительность и дальность приборов пассивного действия	237
11.5.2. Дальность действия активных ИК-приборов	238
11.6. Избирательность (селективность)	240
11.7. Расчёт элементов лазеров	244

Глава 12. Испытания и настройка приборов инфракрасной техники	246

12.1. Общие сведения	246
12.2. Испытания фотоэлектрических приёмников	248
12.3. Испытания электронно-оптических преобразователей	252
12.4. Надёжность ИК-приборов	255

Список литературы	261

Книги на ту же тему

Справочник по приборам инфракрасной техники, Артюхин В. В., Волков В. А., Вялов В. К., Колосов В. И., Кононов В. И., Криксунов Л. З., Кучин В. П., Лазарев Г. Н., Мехряков В. И., Новиков Ю. Н., Рабышко В. А., Рипка А. Ф., Солодов В. Н., Федоровский А. Д., 1980
Основы инфракрасной техники, Марголин И. А., Румянцев Н. П., 1955
Основы инфракрасной техники, Козелкин В. В., Усольцев И. Ф., 1967
Инфракрасные методы в космических исследованиях, Манно В., Ринг Д., ред., 1977
Твердотельная фотоэлектроника. Фоторезисторы и фотоприёмные устройства, Филачёв А. М., Таубкин И. И., Тришенков М. А., 2012
Устройства первичной обработки микроволновых сигналов, Лобов Г. Д., 1990
Оборудование оптических цехов: Учебник для техникумов, Михнев Р. А., Штандель С. К., 1981
Сборка оптических приборов. Учебник для средних профессионально-технических училищ, Ефремов А. А., Законников В. П., Подобрянский А. В., 1978
123 эксперимента по робототехнике, Предко М., 2007

elapsed time 0.021 sec

/Наука и Техника/Физика

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему