光學系統(tǒng)與光電探測器的概述

光學系統(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，設計者把需求轉化成儀器的質量指標和設計參數通過相關的資料、專利、文獻的查詢和必要的實驗驗證，然后進行總體設計（或綜合化設計）。盡管現代光電儀器是多個高新技術的綜合體，但作為主要子系統(tǒng)的光學系統(tǒng)仍然是光電儀器總體設計的關鍵。 
　　光學系統(tǒng)是光電系統(tǒng)中獲取目標信息的第一環(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的圖像，要求將整幅圖像或用掃描方法把圖像傳輸到探測器上，把圖像的像素順序轉換成光電信號。
　　光學系統(tǒng)的基本特性有：數值孔徑（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的一些特性參數，如入瞳直徑（D）、出瞳直徑（D′）、工作距離、共軛距、座裝距等。
　　1．常用光電圖像轉換系統(tǒng)的光學特性
　　（1）顯微物鏡的光學特性
　　顯微鏡是指為提高人們獲得微小細節(jié)信息能力的光學儀器，是用來觀測近距離微小物體的光學系統(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，通過光學接口把物鏡一次像成于CCD靶面上。
　�。�2）望遠物鏡的光學特性
　　望遠系統(tǒng)用于觀測遠距離物體。以CCD器件為接收器件的光電望遠系統(tǒng)，CCD器件置于望遠物鏡的像方焦平面處。影響望遠系統(tǒng)成像特性的主要是望遠物鏡，望遠物鏡是一個小孔徑、小視場系統(tǒng)，其光學特性參數主要有焦距y相對孔徑D／y′（＜1／5）和視場角（2ω≤10°）等。特性參數決定了望遠系統(tǒng)的分辨率、像面照度、成像質量和結構尺寸。 照度計| 輻照計校正器| 轉換器| 傳送器| 變送器| 傳感器| 亮度計| 溫度記錄儀| 溫濕度記錄儀| 光功率計|
　�。�3）照相物鏡的光學特性
　　照相物鏡是同時具有大相對孔徑和大視場的光學系統(tǒng)，其傳統(tǒng)功能是把外界景物成像在感光底片上，對于數碼相機來說則成像在CCD（或CMOS）器件上。

光電探測器能把光信號轉換為電信號。根據器件對輻射響應的方式不同或者說器件工作的機理不同，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，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性能，它區(qū)別于光子探測器的最大特點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）探測器件。其主要特點是靈敏度高，穩(wěn)定性好，響應速度快和噪聲小，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；但它結構復雜，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速度要求較高的場合，如人造衛(wèi)星的激光測距儀、光雷達等。
　　2.光電導器件
　　利用具有光電導效應的半導體材料做成的光電探測器稱為光電導器件，通常叫做光敏電阻。在可見光波段和大氣透過的幾個窗口，即近紅外、中紅外和遠紅外波段，都有適用的光敏電阻。光敏電阻被廣泛地用于光電自動探測系統(tǒng)、光電跟蹤系統(tǒng)、導彈制導、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光敏電阻響應波長范圍1.0～3.5μm，峰值響應波長2.4 μm左右；銻化銦InSb光敏電阻主要用于探測大氣第二個紅外透過窗口，其響應波長3～5μm；碲鎘汞器件的光譜響應在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窗口（8～14μm）°