Міністерство освіти та науки України

Націонвльний університет «Львівська політехніка»

Реферат на тему:»Електронно-оптичні перетворювачі»

Виконав:

ст.гр.ОТ-31 Боровий Н.Г

Перевірив:

Вороняк Т.І

Зміст:

1.Електронно-оптичний перетворювач,принцип роботи.

2.Мікроканальні пластини:принцип роботи,матеріали. вироточлення,будова,характеристики.

3.Прилади нічного бачення,типи,принцип роботи.

4.Список літератури.

Електронно-оптичний перетворювач (ЕОП) - це вакуумний фотоелектронний прилад для перетворення невидимого оком зображення об'єкта (в інфрачервоному, ультрафіолетовому або рентгенівському спектрі) у видиме або для посилення яскравості видимого зображення. В ЕОП оптичне або рентгенівське зображення перетворюється за допомогою фотокатода в електронне, а електронне - в видиме, що отримується на катодолюмінесцентному екрані. Крім того, терміном ЕОП часто називають пристрій, що містить:      фотокатод, що перетворює слабкі світлові потоки в потоки електронів,      підсилювач цих електронних потоків,бомбардований електронним потоком люмінесцентний екран, на якому відтворюється посилене зображення. ЕОП широко використовується в сучасних приладах нічного бачення (ПНВ). В якості підсилювачів електронних потоків в таких ЕОП'ах використовується мікроканальная пластина (МКП)

Мікроканальні пластини (МКП) - вид виробів вакуумної мікроелектроніки. Призначені для роботи у вакуумі в якості багатоканальних детекторів, перетворювачів і електронних підсилювачів просторово-організованих потоків заряджених частинок і випромінювань. Основне застосування - перетворювач і підсилювач яскравості зображення індивідуальних приладів нічного бачення.

Конструкція МКП і використовувані матеріали МКП з конструктивної точки зору - скляний диск, який складається з мікроканальної вставки (МКВ) і монолітного обрамлення (МО). МКВ являє собою стільникову структуру (для круглих МКП, зазвичай, у вигляді дванадцятикуткика з рифленими межами) з безлічі (500-1000) регулярно розташованих і спечених разом шестикутних мікроканальних сот (МКС), а кожна сота складається з багатьох (5000-10000) регулярно розташованих і спечених разом мініатюрних трубчастих каналів, діаметр яких може становити 2-12 мкм.

Матеріал МКП – свинцево-силікатні скла (ССС): основне скло матриці МКВ (стінок каналів) і допоміжне скло, з якого виконано МО. Завдяки спеціальному відпалу у водні відбувається термоводневе відновлення (ТВВ) оксиду свинцю PbO в складі ССС до металевого стану Pb. Відновлення відбувається, переважно, в поверхневому шарі ССС, завдяки чому стінки каналів набувають необхідну електропровідність. На торці МКП методом термічного випаровування у вакуумі наносять металеві (хром, ніхром) контактні електроди (КЕ), до яких підводиться напругу живлення мінусом до вхідної сторони МКП і плюсом до вихідної. Товщина КЕ складає приблизно 0,2-0,4 мкм. Канали МКП зазвичай нахилені на деякий кут (4-13 градусів) щодо нормалі до торців. Нахил каналів істотно послаблює іонну і фотонну зворотний зв'язок при роботі МКП в якості підсилювача. Базовим елементом МКП є трубчастий канал діаметром d, довжиною l і калібром α = l / d. У поверхневому шарі каналу формується резистивно-емісійний шар (РЕЗ) товщиною 200-300 нм, що складається з двох шарів: верхнього дуже тонкого (порядку 10 нм) емісійного шару (ЕС) на основі кремнезему SiO2, майже діелектричного, що забезпечує вторинну електронну емісію, і нижнього, більш товстого, резистивного шару (РС), в якому зосереджений відновлений свинець, завдяки чому РС має електропровідність. Робота МКП Робота МКП заснована на принципі канального вторинно-емісійного множення електронів. На канал подається напруга живлення U. Завдяки цьому по РС в осьовому напрямку тече струм провідності In = U / R, а у внутрішньому просторі каналу виникає однорідне електричне поле з лінійно наростаючим (за відсутності електронної лавини) потенціалом φ (x) = Ux / l. Напруженість цього поля E = U / l направлена ​​по осі каналу від виходу до входу. Це поле дещо спотворюється на вході і виході каналу (крайової ефект): характер поля тут залежить від величини заглиблення КЕ і зовнішніх електричних полів. Електрон,що влітає в кнал (або інша заряджена частка) поблизу входу стикається з поверхнею. При цьому, в середньому, вибивається кілька вторинних електронів Вибиті при цьому вторинні електрони (ВЕ) мають певний енергетичниц і просторовий розподіл. У просторі ВЕ розподілені за законом косинуса, енергетичний розподіл характеризується максимумом при енергіях 1-3 еВ. Потрапивши в електричне поле каналу, вторинний електрон набирає енергію, збільшує під дією осьової сили F = eE подовжню (осьову) складову швидкості vx, зміщується вздовж каналу до виходу, набирає енергію, а під впливом поперечної складової початковій швидкості v0y, на яку поле в каналі не діє, він в той же час зміщується і поперечно. У загальному випадку траєкторією вторинного електрона є парабола, вид якої визначається початковими умовами (енергією і кутом вильоту електрона) і напруженістю поля в каналі. В результаті ВЕ знову стикаються зі стінкою і знову генерують вторинні електрони. Зазначений процес повторюється багато разів, і по каналу, множачи, швидко просувається електронна лавина, яка через час порядку 10-9 з виявляється на виході каналу. Особливості МКП Унікальність МКП полягає в тому, що в єдину компактну конструкцію у вигляді пластини об'єднано величезне число (кілька мільйонів) регулярно розміщених і практично ідентичних вторинноемісійних мікроканальних підсилювачів. МКП, в цілому, характеризується високою детектуючою і підсилювальною здатністю, високим просторовим розширенням (визначеним кроком каналів), високим швидкодією, самонасищенем підсилення, зручністю управління підсилення, магнітостійкістю (завдяки малим швидкостям і коротким траєкторіям електронів) та ін Основні застосування МКП Завдяки комплексу унікальних властивостей МКП все ширше використовуються в самих різних областях науки і техніки. Основне застосування МКП знаходять в приладах нічного бачення (ПНВ). МКП - сновном функціональний елемент електронно-оптичних перетворювачів (ЕОП), що використовуються в приладах нічного бачення (ПНБ). ЕОП, забезпечений об'єктивом, окуляром і джерелом живлення є ПНБ. Основне призначення ПНБ - спостереження, розвідка, забезпечення водіння техніки, забезпечення прицілювання в умовах зниженої освітленості на місцевості. Функція розподілу яскравості по поверхні об'єкта B0 (х, у), що несе інформацію про об'єкт, за допомогою об'єктива ПНБ перетворюється на функцію розподілу освітленості E (x, y) на фотокатоді ЕОП: на фотокатоді створюється оптичне зображення об'єкта спостереження. За допомогою фотоелектронної емісії оптичне зображення об'єкта на фотокатоді перетвориться в електронне, розподіл щільності фотоемісійні струму j1 (x, y). Електронне зображення з фотокатода фотоелектрона передається на вхідну площину МКП і створює там розподіл електронного потоку j1 (x, y). Оскільки отвори каналів займають не всю площу входу (прозорість входу w зазвичай близько 0,6), то частина електронів на вході втрачається, інші надходять у канали, посилюються, і у вихідний площині МКП створюється посилене електронне зображення j2 (x, y) = Mj1 (x, y), причому коефіцієнти посилення каналів передбачаються абсолютно однаковими. Це електронне зображення передається на люмінесцентний екран, де і перетвориться в оптичне розподіл яскравості Bе (x, y), тобто візуалізуєтся. При цьому загальне посилення по яскравості Bе/B0 досягає десятків тисяч, що і дозволяє спостерігати об'єкти в умовах природної нічної освітленості на місцевості. Мініатюрність МКП сприяє істотному зменшенню габаритів і маси ЕОП і ПНВ в цілому, що важливо для переносної апаратури, наприклад, окулярів нічного бачення, легких стрілецьких прицілів. Військова техніка нічного бачення з середини 70-х рр.. 20 в. в значній мірі заснована на ПНВ на мікроканальних ЕОП. Прогрес в області ПНВ і ЕОП істотним чином визначається прогресом в області МКП. У свою чергу, розвиток напрямку МКП стимулюється і направляється потребами забезпечення та розвитку техніки нічного бачення. В даний час (2009 р.) МКП знаходять застосування в ЕОП 2 покоління (інверторних), а також 2 +, 3 і 3 + покоління (біпланарних). Застосування МКП не обмежується технікою нічного бачення. МКП використовують в різних нестандартних ЕОП і оптико-електронних пристроях фізико-аналітичної апаратури. МКП з успіхом використовуються в самих різних сферах і галузях науки і техніки: експериментальної фізики, аерокосмічної техніки, атомної техніки, неруйнівному контролі якості, біології, екології, медицині, астрономії та ін Можливо побудова електронно-оптичних приладів для отримання зображень, наприклад, в рентгенівських променях, в гамма-променях, нейтронах. В цьому випадку МКП використовується в комбінації зі спеціальним катодом-перетворювачем вхідних частинок (квантів) в електрони. Рентгенівські ЕОП з МКП широко використовуються в медицині для діагностики злоякісних пухлин. «Гамма-візори» на МКП-приладах незамінні для безконтактного обстеження заражених радіоактивних місцевостей. Прилади спостереження на мікроканальних ЕОП (по типу ПНБ) ефективні для безконтактного контролю високовольтних ліній передач шляхом візуалізації розрядних витоків струму через порушення якості ізоляції. Завдяки надвисокій швидкодії, МКП-прилади знаходять важливі застосування в ядерній фізиці, фізиці плазми, для вивчення бистропротекающих процесів. Прилад нічного бачення – це вакуумний фотоелектронний прилад для перетворення невидимого оком зображення об'єкта (в інфрачервоному, ультрафіолетовому або рентгенівському спектрі) у видиме або ж для посилення яскравості видимого зображення.

 

Типи приладів нічного бачення

 

Прилади нічного бачення діляться на:

• – пасивні (працюють в умовах природної нічної освітленості);

• – активні (що працюють з підсвічуванням, зазвичай в ближньому інфрачервоному діапазоні);

• – активно-імпульсні (працюють з підсвічуванням у стробуючому режимі роботи фотокатода).

 

Прилад нічного бачення: будова

 

Прилад нічного бачення складається з наступних основних частин: об'єктива, приймача випромінювання, підсилювача, пристрою відображення зображення. У багатьох сучасних приладах нічного бачення роль приймача випромінювання, підсилювача засобу відображення посиленого зображення виконує електронно-оптичний перетворювач. Оператор розглядає зображення на екрані електронно-оптичного перетворювача через окуляр. Як приймач може використовуватися ПЗЗ-матриця. У цьому випадку оператор спостерігає зображення на екрані монітора.

Принцип дії приладів нічного бачення

 

Схема приладу нічного бачення: 1 — объект; 2 — отраженные лучи невидимого спектра; 3 — объектив; 4 — фотокатод; 5 — электронная линза; 6 — пучок электронов; 7 — анод с видимым прямым изображением объекта; 8 — увеличительная линза (окуляр).

Всім відомо, що прилади нічного бачення використовуються при низькій освітленості або при її повній відсутності. Зі шкільного курсу фізики відомо, що зір людини не універсальний і що людське око «бачить» тільки певне випромінювання. Також фізика говорить про те, що будь-яка поверхня володіє прекрасною властивістю – вона може відбивати будь-яке випромінювання. Саме цю властивість поверхні і використовує прилад нічного бачення, перетворюючи і додаючи яскравості відбитому випромінюванню, яке звичайне людське око просто не бачить.

Таким чином принцип дії сучасного приладу нічного бачення полягає в тому, що

• а) випромінювання, відбиваючись від об'єкта спостереження, потрапляє на об'єктив приладу нічного бачення;

• б) пройшовши через об'єктив приладу нічного бачення, випромінювання досягає електронно-оптичного перетворювача;

• в) потрапляючи на електронно-оптичний перетворювач, випромінювання стає яскравішим в 800-50000 разів і досягає окуляра;

• г) спостерігач бачить отримане зображення.

 

Прилад нічного бачення: застосування

 

Сьогодні у цивільного населення підвищеним попитом користуються такі прилади нічного бачення як монокуляр, нічний бінокль, нічний приціл і окуляри.

Однак необхідно відзначити, що всі прилади нічного бачення, які випускаються і реалізуються сьогодні, поділяються на кілька основних видів:

• – на прилади нічного бачення, призначені для спостереження за об'єктом (монокуляри і біноклі нічного бачення);

• – на приціли, що кріпляться для стрілецької зброї;

• – на окуляри;

• – на прилади нічного бачення, які здатні фіксувати все, що відбувається (фотокамери та відеокамери, призначені для нічного спостереження).

Серед всіх існуючих сьогодні приладів нічного бачення монокуляри по праву вважаються найбільш функціональними. Можна сказати, що монокуляр – це половинка бінокля, тому при використанні монокуляра спостереження за об'єктом ведеться тільки одним оком і монокуляр в процесі використання утримується тільки однією рукою. Ця техніка відрізняється ступенем можливого збільшення. У наші дні монокуляри нічного бачення широко використовуються для проведення нічної фотозйомки, застосовуються на полюванні в якості прицілів, при необхідності заміняють окуляри нічного бачення.

Нічні біноклі використовуються для спостереження за об'єктом в нічний час доби. Кратність збільшення, якою володіє сучасний бінокль нічного бачення, повністю залежить від його покоління. Як правило, сучасний нічний бінокль має кратність збільшення в межах від 6 до 10 разів. За допомогою бінокля нічного бачення спостереження за об'єктом ведеться двома очима, при цьому нічний бінокль утримується двома руками за допомогою спеціальних пристосувань.

Нічний приціл дуже нагадує нічний монокуляр. На відміну від монокуляру, приціл нічного бачення обладнаний спеціальним кріпленням, що дозволяє встановити його на зброї. Також нічний приціл обладнаний пристроєм, що дозволяє вести прицільну стрільбу в темний час, що дуже допомагає полювати вночі. Безперечно, даний прилад нічного бачення також збільшує безпеку всіх, хто знаходиться від стрілка на відстані пострілу.

Окуляри нічного бачення також дуже актуальні в наші дні. Від решти приладів нічного бачення вони відрізняються тим, що під час їх експлуатації руки завжди залишаються вільними. Тому окуляри нічного бачення сьогодні успішно застосовуються водіями, які змушені працювати в темний час доби; рятувальниками і ремонтниками, що допомагають тим, хто потрапив вночі у біду. Також за відсутності освітлення даний прилад нічного бачення дозволяє пересуватися будь-якою місцевістю.