Источники и приёмники Излучения, страница 15

Применение диэлектрических слоев на основе А1 не только корректирует ,спектральную характеристику зеркал, но и повышает их устойчиЗе 67 Рл % 7,0 пуп О,уг 0 Х вость во времени и к воздействию внешних факторов. На рис. 2.21 — 2.24 приведены спектральные характеристики таких зеркал. ауб Покрытие из тонкой пленки А1 (условное обозначение 1И) имеет коэффициент отражения 0,88 для источника типа А и является лучшим для ультрафиолетовой области от гб~гмлм 0,25 до 0,4 мкм.

Наиболее распрост- раненное покрытие 1И29И имеет загральной характеристики козф- щиту п ленки А1 вакуумнонапыленфициенга огражейия 1и из-за ной пленкой сернистого цинка. Его окисления на воздухе: спектральные характеристики близ- 1 — хлв оввжввалмлевного слоя; кн к характсристикам 1И. Более сложное металл-диэлек- трическое покрытие 1И21Е29И с дополнительным слоем фосфорнокислого аммония позволяет существенно увеличить коэффициент отражения (р = 0,93 —:0,96) и обеспечить его максимум в нужной спектральной зоне. Покрытия из меди используют для работы в ИК-области с большим коэффициентом отражения 0,98, но требуют защиты.

Еще больший коэффициент отражения имеют покрытия на основе во лота. Если поглощение излучения можно учесть достаточно просто, то с р а с с е и в а н и е м дело обстоит намного сложнее. Прежде всего усложняется механизм рассеивания излучения и увеличивается его интенсивность. Кроме того, зачастую изменяется физика воздействия явления на работу прибора. В частности, если рассеивание не приводит к значительному ослаблению потока, оно может быть причиной уменьшения видимого и энергетического контраста. Это же в свою очередь приводит к существенному уменьшению отношения сигнал/шум. Из-за рассеивания на элементах оптической системы ухудшается пространственная селекция и увеличивается уровень помех от источников, расположенных вне рабочего поля зрения прибора.

В общем случае рассеивание целесообразно разделить на две части: на оптической системе и корпусных деталях прибора. Рассеивание первого вида зачастую ограничивается технологическими Р." йп Рнс. 2. 23. Зависимость спектральной характе- О,У ристнки коэффициента отражения покрытия Огб 1И21Е29И дли угла паде. иия излучения 4йо (!) н 0,7 124 (21 Ф оэ г% гаа уп бд го бп ап ап ап гп 70 700 700 гоп гга гаОЛ,ги пап гго гаа Рис. 2.24.

Заниснмость спектральной характернсти ки коэффициента отражения покрытия 1И24И от угла паде- ния излучения." 1 — 1ЬЧ 3 — 30'1 3 — 4ЬЧ 4 — 70' возможностями. Причиной рассеивания второго вида, как правило, служит недостаточная проработанность прибора. Рассеивание на оптических деталях бывает поверхностным и объемным. Поверхностное рассеивание объясняется несовершенством поверхности оптических деталей: микронеровностями, царапинами, сколами и т. д.

Потери на зеркальных компонентах из-за рассеивания света могут быть сравнимы с потерями на поглощение. Отметим также то обстоятельство, что увеличение толщины металлической пленки способствует увеличению рассеивания, Так, если пленка А1 толщиной 0,02 — 0,03 мкм на хорошей подложке рассеивает не более 1О ', то при увеличении толщины до 0,5 — 1 мкм рассеивание увеличивается до 0,02. При этом необходимо отметить, что погло1цение зеркала ухудшает пропускание излучения объекта, а рассеивание, кроме того, создает внутриприборный фон, который пропорционален суммарному потоку, падающему на него, Потери на рассеивание в толщине стекла объясняются рассеиванием на молекулах вещества на микропузырях, микронеоднородностях состава стекла и подчиняются с достаточной степенью точности Релеевскому аакону.

Показатель рассеивания дается в каталогах для длины волны Х = 0,545 мкм. Особенно большое значение эти виды рассеивания имеют для ОЭП с лазерами при использовании совмещенных каналов излучатель — приемник. Излучение, отраженное поверхностью линз, призм и других оптических деталей, в дальнейшем рассеивается элементами оптической системы и конструкции прибора. Часть этого излучения попадает на выход оптической схемы, снижает исходный контраст 69 и ухудшает отношение сигнал/шум всего оптико-электронного прибора.

Поэтому это явление заслуживает особого внимания. Зачастую потери излучения из-за отражения на границе раздела являются определяющими в оптической системе. Так, для простейших оптико-электронных приборов, имеющих в своем составе 2 — 4 компоненты, коэффициент пропускания уменьшается до 0,84 — 0,7. Для более сложных систем, использующих компоненты с большим коэффициентом преломления, пропускание падает до уровня 0,25 — 0,3. Причем потерянное излучение продолжает распространяться в системе прибора и создает ложные изображения (рефлексы), затрудняя его функционирование. Очевидно, что с этим явлением необходимо бороться. Прежде всего необходимо уменьшить отражение на границах раздела оптических деталей и окружающей среды, так как это и увеличивает пропускание системы, и уменьшает уровень внутри- приборного фона.

Из формулы Френеля следует, что наибольшие потери на отражение происходят на границе воздух — стекло, наименьшие— на границе сред, имеющих близкие показатели преломления. Поэтому, чтобы уменьшить потери, целесообразно использовать склеенные оптические компоненты: обьективы, прнзменные блоки и т. д.

При этом желательно располагать склеиваемые компоненты в порядке возрастания или убывания показателя преломления. Другой путь уменьшения потерь — это применение просветляющих слоев на поверхности оптических деталей. Используя явление интеференцнонного гашения отраженного потока, просветляющие покрытия на небольших спектральных интервалах обеспечивают практически нулевой коэффициент отражения. Однако для этого необходимо выполнить два условия: условие равенства амплитуд потоков, отраженных от покрытия с показателем преломления и, и от материала оптической детали с показателем преломления и,, а также условие согласования фаз этих потоков с учетом инвертирования волны при отражении от материала с большим значением показателя преломления: (2 20); (2,21) и, = 7 п,п.,, '4ппф,/Х = (2т — 1).

Здесь и, — показатель преломления окружающей среды (воздуха); д, и Х вЂ” толщина слоя и рабочая длина волны; т = 1, 2, 3, .... Первое условие выполняется подбором соответствующих материалов, а второе обеспечивается технологически. К сожалению, набор материалов, особенно с малым значением коэффициента преломления, ограничен. Поэтому условие (2.20) практически всегда выполняется с большой погрешностью и минимальный 70 коэффициент отражения при посветлении пленкой толщиной У4 (т — 1) имеет вид так как для стекла с п = 1,51 необходим просветляющий материал с л, = 1,23.

Реальный устойчивый материал с минимальным коэффициентом преломления МнР, имеет и = 1,38, а менее устойчивый криолит имеет п =- 1,34. Поэтому однослойные покрытия на стекле не могут обеспечить коэффициента отражения меньше 1,33')4 и 0,7534 при начальном значении 4,13% . В тех случаях, когда требуется просветлять материалы с большим коэффициентом преломления (германий, кремний и т. д.), эффективность однослойного покрытия больше. С изменением длины волны в рабочем спектральном интервале начинает нарушаться условие (2.21), что также увеличивает коэффициент отражения. При большом числе отражающих поверхностей появляется существенная спектральная селективность оптической системы.

Явление это тем сильнее, чем больший коэффициент преломления имеет материал оптических деталей. Так, если для стекла с и = 1,51 при изменении Х от 0,5 до 1 мкм коэффициент отражения изменяется от 0,0133 до 0,025, то для германия с а = 4,0 при однослойном покрытии с и, = 2,2 при изменении Х от 2 до 4 мкм коэффициент отражения изменяется от 0,01 до'0,22. Использование просветляющих покрытий с двумя и более слоями повышает эффективность покрытия и несколько расширяет рабочий спектральный интервал, но значительно усложняет методику расчета и технологию производства. Чтобы уменьшить паразитную засветку выхода оптической схемы прибора, кроме упомянутого выше необходимо предпринять дополнительные меры.

Прежде всего при проектировании системы нужно контролировать отсутствие перепроектирования отраженных поверхностями линз и призм потоков в плоскость приемника излучения. Необходимо увеличивать диаметры оптических деталей, чтобы свет не рассеивался на их нерабочих поверхностях и внутренних частях оправ и корпусов. Желательно в плоскостях промежуточных изображений поля зрения оптической системы устанавливать дополнительные диафрагмы для ограничения световой трубки прибора. Используя вышесказанное, можно найти пропусканне реальной оптической системы и проанализировать возможности его увеличения. В общем виде пропускание оптической системы можно оценить с помощью выражения пФ л т,, = ехр ~ ~; 1 е„~ ! П,! — рр,~ П ры, (2,22) с=~ ~=1 й=~ где 1э — длина пути излучения )ьй оптической детали, стекло которой характеризуется показателем поглощения е„~, рр, — коэффит! циент отражения от Ъй границы раздела материалов с различными показателями преломления; р,„— коэффициент отражения от й-й зеркальной компоненты оптической схемы.