Научный архив: статьи

Предложен мультиспектральный тепловизор на основе матричного тепловизора и интерферометров, установленных под углом Брюстера к оптической оси устройства. Приведены расчеты параметров этого устройства. Ожидается, что подобные устройства могут быть пригодны для получения пространственной и спектральной информации о быстропротекающих явлениях, например взрывах.

Предложены фильтрующее устройство на основе мультиплекса Фабри—Перо и отображающий спектрометр, содержащий это устройство и смотрящий тепловизор. Проведены расчеты их параметров. Ожидается, что подобные устройства могут быть пригодны для получения изображений объектов в заданных узких спектральных диапазонах.

Проведен сравнительный анализ методик определения облученностей в плоскости расположения чувствительных элементов (ЧЭ) приемников излучения в измерительных установках, содержащих абсолютно черное тело (АЧТ).

Приведены расчеты параметров фильтрующего устройства (ФУ), в котором для фильтрации оптического излучения используется многолучевая интерференция (МИ). Ожидается, что это устройство может быть пригодно для получения изображений объектов в заданных узких спектральных диапазонах — spectral imaging (SI).

Основная идея разработки алгоритма заключается в таком подходе, что любое входное изображение можно условно считать состоящим из нескольких калибровочных сегментов с разной степенью интенсивности.

Рассмотрен метод коррекции неоднородности чувствительности многоэлементных фотоприемных устройств (ФПУ) без использования опорных источников однородного излучения. Метод решает актуальную для оптико-электронных систем ИК-диапазона спектра задачу устранения неоднородности сигналов из-за различий чувствительности отдельных элементов ФПУ к входному потоку излучения. Для определения корректирующих коэффициентов используются сигналы сцены, по которым для каждого элемента определяется пара корректирующих коэффициентов по смещению и чувствительности. Процесс коррекции состоит в периодически выполняемой процедуре определения корректирующих коэффициентов и непрерывно выполняемой процедуре корректирования сигналов. Рассмотрены способы технической реализации метода и получены расчетные выражения для определения корректирующих коэффициентов. Проанализированы факторы, характеризующие точность метода в зависимости от сцены, которые определяют его применимость как для матричных, так и для многорядных ФПУ со сканированием.

Предложены новый тип фильтрующих устройств (ФУ) на основе оптических элементов с положительной и отрицательной производными зависимостей углов полного внутреннего отражения от длины волны, а также новый тип отображающих спектрометров (ОС) на основе этих устройств и матричных тепловизоров. Приведены расчеты параметров такого фильтрующего устройства и отображающего спектрометра. Ожидается, что подобные отображающие спектрометры могут быть пригодны для получения спектральных изображений быстропротекающих процессов.

Рассмотрена модель, в которой тепловое излучение нано- и микрочастиц на каждой длине волны рассчитывается с использованием пространственно-спектральных мод и зависимости добротности электрически малых радиоантенн (ESA) от относительных (по отношению к длинам излучаемых волн λ) размеров этих частиц. Показано, что в рамках этой модели возможно рассчитывать излучательные способности не только отдельных частиц, но и их массивов, предполагая, что при достаточно близком расположении частиц (при L < λ/π) частицы излучают синхронно, как диполи на поверхности «большого тела».

Изготовлен и исследован макет бессканерного тепловизора формата 128х128 на спектральный диапазон 8-12 мкм. Тепловизор состоит из матрицы фоточувствительных элементов на основе фотодиодов из КРТ, состыкованной на индиевых столбиках с охлаждаемым МОП-мультиплексором, микрокриогенной системы Сплит-Стирлинга и электронного блока обработки изображения. Эквивалентная шуму разница температур тепловизора не превышает 0,1 К.

Предложена новая методика расчетов спектральных мощностей излучения субволновых частиц, в которой расчеты выполняются с использованием зависимости добротности электрически малых радиоантенн (ESA) от их относительных (по отношению к длине излучаемой волны) размеров. Получена формула для расчета спектральной плотности излучения абсолютно чёрных (серых) тел и субволновых частиц, а также соотношение для расчетов мощности, излучаемой в одной пространственно-спектральной моде чёрных (серых) тел и субволновых частиц. Приведены новые варианты представления спектральных зависимостей по формулам Планка и Стефана-Больцмана.

Процессы излучения и поглощения микро- и наночастицами рассчитываются с помощью формализма модовой теории излучений с использованием зависимости добротности электрически малых радиоантенн от их относительных (по отношению к длине излучаемой волны) размеров. Рассмотрено формирование радианной сферы, заполненной эванесцентными волнами (ТЕ, ТМ), вокруг поверхности излучающей частицы. Эти волны не излучаются в свободное пространство и представляют собой колебания электрических и магнитных полей на частотах ν < c/cutoff (например, для сферической частицы cutoff = 2,221D, где D – диаметр). Для излучений на длинах волн больших cutoff, частица перестает быть эффективной антенной. У таких частиц роль излучающих в дальнюю зону антенн выполняют окружающие их радианные сферы. Частицы, размеры которых больше излучаемых длин волн, сами являются эффективными антеннами. С помощью предложенной методики проведены расчеты мощностей и коэффициентов излучений микронных и нанометровых частиц.

В работе предложена новая методика расчетов интегральных и спектральных коэффициентов излучения протяженных субволновых частиц (ПСЧ), к которым относятся микро- и наноцилиндры, а также параллелепипеды. Проведено сопоставление результатов расчетов по предложенной методике с расчетными и экспериментальными данными, найденными в литературе. Показано, что при уменьшении только поперечных размеров ПСЧ (от величин много больших λmax, до величин много меньших λmax) из спектра излучения, который первоначально описывался законом Планка и содержал моды, как с поляризацией, направленной вдоль оси, так и с поляризацией, направленной перпендикулярно оси, будут постепенно исключаться моды с длинами волн, превышающими λcutoff (λcutoff – длина волны отсечки), имеющие поляризацию перпендикулярную продольной оси ПСЧ, в то время как моды с длинами волн, поляризованные вдоль оси ПСЧ, будут всегда присутствовать в спектре излучения ПСЧ. Когда поперечные размеры ПСЧ станут много меньше λmax, то из спектра излучения этого ПСЧ исчезнут все моды с поляризацией, перпендикулярной оси, и останутся только моды с продольной поляризацией. Это является принципиальным отличием от СЧ, рассмотренных ранее в работах [16, 17], в которых предложены методы расчета таких СЧ, как диски, сферы, кубики. Все предложенные методики расчетов используют формализм разложения потоков излучения на спектрально-пространственные моды.