光學(xué)系統(tǒng)與光電探測器的概述

光學(xué)系統(tǒng)與光電探測器的概述
光電儀器研發(fā)的前提是社會需求，設(shè)計(jì)者把需求轉(zhuǎn)化成儀器的質(zhì)量指標(biāo)和設(shè)計(jì)參數(shù)通過相關(guān)的資料、專利、文獻(xiàn)的查詢和必要的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，然后進(jìn)行總體設(shè)計(jì)（或綜合化設(shè)計(jì)）。盡管現(xiàn)代光電儀器是多個(gè)高新技術(shù)的綜合體，但作為主要子系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)仍然是光電儀器總體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。 
　　光學(xué)系統(tǒng)是光電系統(tǒng)中獲取目標(biāo)信息的第一環(huán)節(jié)，它大體可以分成能量傳輸系統(tǒng)和圖像傳輸系統(tǒng)兩大類。前者的作用在于收集或傳輸盡可能多的光能量信息，主要用于光度測量方面；后者多用于攝取目標(biāo)的圖像，要求將整幅圖像或用掃描方法把圖像傳輸?shù)教綔y器上，把圖像的像素順序轉(zhuǎn)換成光電信號。
　　光學(xué)系統(tǒng)的基本特性有：數(shù)值孔徑（NA）或相對孔徑（D／f′）；線視場或視場角（2ω）；系統(tǒng)的橫向放大率或焦距（r′）；還有與這些基本特性有關(guān)的一些特性參數(shù)，如入瞳直徑（D）、出瞳直徑（D′）、工作距離、共軛距、座裝距等。
　　1．常用光電圖像轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的光學(xué)特性
　�。�1）顯微物鏡的光學(xué)特性
　　顯微鏡是指為提高人們獲得微小細(xì)節(jié)信息能力的光學(xué)儀器，是用來觀測近距離微小物體的光學(xué)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的顯微目視系統(tǒng)由顯微物鏡和目鏡組成。在光電顯微系統(tǒng)中則由顯微物鏡成一次像，通過光學(xué)接口把物鏡一次像成于CCD靶面上。
　　（2）望遠(yuǎn)物鏡的光學(xué)特性
　　望遠(yuǎn)系統(tǒng)用于觀測遠(yuǎn)距離物體。以CCD器件為接收器件的光電望遠(yuǎn)系統(tǒng)，CCD器件置于望遠(yuǎn)物鏡的像方焦平面處。影響望遠(yuǎn)系統(tǒng)成像特性的主要是望遠(yuǎn)物鏡，望遠(yuǎn)物鏡是一個(gè)小孔徑、小視場系統(tǒng)，其光學(xué)特性參數(shù)主要有焦距y相對孔徑D／y′（＜1／5）和視場角（2ω≤10°）等。特性參數(shù)決定了望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率、像面照度、成像質(zhì)量和結(jié)構(gòu)尺寸。 照度計(jì)| 輻照計(jì)校正器| 轉(zhuǎn)換器| 傳送器| 變送器| 傳感器| 亮度計(jì)| 溫度記錄儀| 溫濕度記錄儀| 光功率計(jì)|
　�。�3）照相物鏡的光學(xué)特性
　　照相物鏡是同時(shí)具有大相對孔徑和大視場的光學(xué)系統(tǒng)，其傳統(tǒng)功能是把外界景物成像在感光底片上，對于數(shù)碼相機(jī)來說則成像在CCD（或CMOS）器件上。

光電探測器能把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。根據(jù)器件對輻射響應(yīng)的方式不同或者說器件工作的機(jī)理不同，光電探測器可分為兩大類：一類是光子探測器；另一類是熱探測器。 
　　光子探測器的工作原理是基于光電效應(yīng)，熱探測器基于材料吸收了光輻射能量后溫度升高，從而改變了它的電學(xué)性能，它區(qū)別于光子探測器的最大特點(diǎn)是對光輻射的波長無選擇性。
　　1．光電子發(fā)射器件
　　光電管與光電倍增管是典型的光電子發(fā)射型（外光電效應(yīng)）探測器件。其主要特點(diǎn)是靈敏度高，穩(wěn)定性好，響應(yīng)速度快和噪聲小，是一種電流放大器件。尤其是光電倍增管具有很高的電流增益，特別適于探測微弱光信號；但它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作電壓高，體積較大。
　　光電倍增管一般用于測弱輻射而且響應(yīng)速度要求較高的場合，如人造衛(wèi)星的激光測距儀、光雷達(dá)等。
　　2.光電導(dǎo)器件
　　利用具有光電導(dǎo)效應(yīng)的半導(dǎo)體材料做成的光電探測器稱為光電導(dǎo)器件，通常叫做光敏電阻。在可見光波段和大氣透過的幾個(gè)窗口，即近紅外、中紅外和遠(yuǎn)紅外波段，都有適用的光敏電阻。光敏電阻被廣泛地用于光電自動(dòng)探測系統(tǒng)、光電跟蹤系統(tǒng)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、紅外光譜系統(tǒng)等。
　　硫化鎘CdS和硒化鎘CdSe光敏電阻是可見光波段用得最多的兩種光敏電阻；硫化鉛PbS光敏電阻是工作于大氣第一個(gè)紅外透過窗口的主要光敏電阻，室溫工作的PbS光敏電阻響應(yīng)波長范圍1.0～3.5μm，峰值響應(yīng)波長2.4 μm左右；銻化銦InSb光敏電阻主要用于探測大氣第二個(gè)紅外透過窗口，其響應(yīng)波長3～5μm；碲鎘汞器件的光譜響應(yīng)在8～14 μm，其峰值波長為10.6 μm，與CO2激光器的激光波長相匹配，用于探測大氣第三個(gè)窗口（8～14μm）°