Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Ещё в самом начале XVIII в. И. Ньютон описал опыты по разложению белого света на монохроматические составляющие. Но лишь через сто лет, в 1800 г. В. Гершель установил существование невидимого — инфракрасного, или теплового, излучения. Во второй половине XIX
11 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
в. были установлены первые законы теплового излучения и создана электромагнитная теория, а самом начале XX столетия усилиями Б. Б. Голицына, П. Н. Лебедева, В. Вина, М. Планка, А. Эйнштейна и многих других русских и зарубежных ученых были окончательно сформулированы основные закономерности оптического некогерентного излучения. Это позволило создать в 1920-1930-е г.г. ряд искусственных источников ИК и УФ излучения. К этому же времени относится открытие явления электролюминесценции (О. В. Лосев, 1923), которое используется в современных полупроводниковых излучателях — све-тодиодах.
Практически одновременно с изучением свойств источников оптического излучения и созданием новых излучателей исследовались приемники излучения. В 1839 г. А. Беккерель обнаружил образование фото-ЭДС на контактах разнородных материалов. В 1875 г. был создан первый селеновый фотоэлемент, а в 1880 г. — первый болометр. В 1886 г. Г. Герц обнаружил внешний фотоэффект, а в 1887 г. А. Г. Столетов сформулировал его основные законы. Однако первые высокочувствительные приемники были созданы гораздо позднее — в 30...40-х годах нашего века.
В СССР первый фотоэлемент с кислородно-цезиевым фотокатодом был разработан П. В. Тимофеевым в 1930 г. В 1934 г. Л. А. Кубецкий сконструировал первый в мире многокаскадный фотоумножитель. Примерно в это же время появились и первые передающие телевизионные трубки. В конце 30-х г. г. в СССР, Великобритании, Германии, США появились первые фоторезисторы, чувствительные в ИК области спектра.
К этому времени усиливается интерес к практическому использованию ИК излучения, особенно в военном деле, что объяснялось рядом причин. Во-первых, многие цели военного назначения (военная техника, летательные аппараты, стратегически важные наземные объекты, корабли и т.д.) обладают мощным собственным излучением в ИК диапазоне, что позволяет обнаружить их пассивным методом. Во-вторых, разрешение в ИК диапазоне гораздо выше, чем в радиодиапазоне. Большое значение имела и скрытность при пассивном методе работы. Военные применения ОЭП, и прежде всего приборов ИК техники, требовали существенного повышения чувствительности и быстродействия приемников, расширения их рабочего спектрального диапазона и полосы пропускания оптических материалов. К концу второй мировой войны были созданы оптико-электронные (инфракрасные) самонаводящиеся бомбы, системы управления огнем на базе электрон-но-оптических преобразователей, приборы ночного видения для стрел-
12 Глава 1. Общие сведения об оптико-электронных приборах
нового оружия, инфракрасный телефон и др. После окончания войны развитие ОЭП военной техники шло бурными темпами. Было создано много систем для управления ракетами класса «воздух-воздух», «воз-дух-земля », « земля-воздух», противотанковыми управляемыми реактивными снарядами и т. п.
Одновременно ОЭП внедрялись и в другие области. Широко распространились приборы для ИК спектроскопии, контрольно-измерительные ОЭП, ИК диагностические медицинские приборы, оптико-электронные гиды в астрономии и др. Наконец, хорошо известны ОЭП, используемые в космической навигации и ориентации. В последние годы ОЭП, устанавливаемые на летательных аппаратах, успешно используются при исследованиях природных ресурсов Земли и других планет, для охраны окружающей среды.
Подлинную революцию в развитие оптико-электронного приборостроения внесло создание лазеров. Возникновению квантовой электроники во многом способствовали труды российских ученых В. А. Фабриканта, М.М. Вудынского и Ф. А. Бутаевой, открывших явление молекулярного усиления (1951 г.).
Работы Н. Г. Басова и А. М. Прохорова, а также Ч. Таунса по созданию газовых лазеров были удостоены Нобелевской премии. В 1962 г. были созданы полупроводниковые лазеры — уникальные по многим свойствам излучатели. Применение лазеров в оптико-электронных измерительных и следящих приборах и комплексах позволило широко использовать активный метод работы, новые методы передачи, приема и обработки оптической информации, заметно повысить помехозащищенность автоматических ОЭП. Кроме того, освоение лазерной техники дало мощный импульс исследованиям новых материалов и элементов ОЭП (например, модуляторов), позволило поднять на более высокий качественный уровень исследования по распространению оптического излучения в поглощающих и рассеивающих средах.
Нужно отметить интенсивное развитие методов обработки оптических сигналов, базирующихся на использовании когерентных свойств лазерного излучения. В последние годы появились системы преобразования первичного некогерентного оптического сигнала в когерентный для применения эффективных методов когерентной обработки (когерентные оптические корреляторы, голографические системы, преобразователи Фурье).
