Домашнее задание по дисциплине «Источники и приемники оптического излучения» (группа рл2-73)
Источник излучения расположен на оптической оси объектива ФПУ таким образом, что его ось симметрии (нормаль N к излучающей поверхности) составляет с линией визирования угол 60˚.
Полагая, что источник излучения - АЧТ в виде диска диаметром Dи = 1 м с температурой Т - наблюдается на фоне небесной сферы, которая рассматривается как идеальный тепловой источник фонового излучения с цветовой температурой Тф = 5000 К, определить:
1. Максимальную спектральную плотность светимости mmax источника и фона.
2. Рассчитать спектральную характеристику пропускания атмосферы а() в указанном спектральном диапазоне 21, используя метод Эльзассера.
3. Построить электрическую схему фотоприемного устройства (ФПУ) на основе предлагаемого в задании приемника излучения – Ge-фотодиода, установленного в фокальной плоскости объектива, и операционного усилителя. Фотодиод работает в фотогальваническом режиме. Фоновое излучение вызывает постоянный сигнал ФПУ, полезный – переменный, что позволяет производить частотную селекцию полезного и фонового сигналов.
Рассчитать величину фотосигнала на выходе ФПУ в заданных условиях.
Рассчитать величину квантового шума на выходе ФПУ при условии, что в «наихудшем» варианте работы ФПУ подвергается прямой солнечной засветке (облученность входного зрачка соответствует солнечной постоянной):
- квантовый шум, вызванный полезным потоком;
- квантовый шум, вызванный фоновым излучением;
- суммарный квантовый шум на выходе ФПУ.
Определить отношение «сигнал/полный шум» на выходе ФПУ, полагая, что:
заданная удельная обнаружительная способность приемника является параметром ФПУ, определяющим флуктуации его входного темнового тока;
ширина n полосы частот, пропускаемых электронным трактом ФПУ, определяется постоянной времени приемника; шум ФПУ – белый;
полный шум ФПУ – это сумма квантового шума и флуктуаций темнового тока.
Оценить размер изображения источника излучения на фоточувствительном элементе. Размер изображения определяется в геометрическом приближении с учетом влияния дифракции (расчет по максимальной длине волны рабочего спектрального диапазона приемника) и аберраций оптической системы, которые в 10 раз превышают дифракционные искажения.
Номер варианта соответствует номеру в списке группы.
Таблица 1
-
№
вар.
Т,
К
,
мкм
2, мкм
Н0,
км
L,
км
,
град
x,
%
to,
град С
m
(вар.)
о.с.
(вар.)
Тип
о.с.
(вар.)
1
2000
0,72
4,3
0,3
15
90
45
12
4
5
1
2
2050
0,92
4,3
0,4
20
80
45
13
3
1
2
3
2100
0,72
2,7
0,5
20
45
46
14
2
2
3
4
2150
0,92
2,7
0,6
30
20
44
15
1
4
4
5
2200
1,1
4,3
0,7
40
10
45
16
3
3
5
6
2350
1,4
5,9
0,8
40
30
46
17
2
5
2
7
2400
1,9
5,9
0,9
50
10
47
18
3
1
4
8
2000
0,72
1,9
3
15
90
54
21
5
3
1
9
2050
0,94
2,7
4
20
80
55
22
2
3
2
10
2100
1,13
4,3
5
20
45
56
23
1
5
3
11
2150
1,36
6,0
6
30
20
54
24
2
1
4
12
2200
1,90
6,0
7
40
10
55
25
1
5
5
13
2350
0,72
1,9
8
40
30
56
26
4
2
3
14
2400
0,94
2,7
9
50
10
57
27
2
4
4
15
2000
0,5
1,5
3
15
90
58
31
4
3
5
16
2050
0,6
1,6
4
20
80
65
32
1
2
4
17
2100
0,7
1,7
5
20
45
66
33
5
3
3
18
2150
0,6
1,6
6
30
20
64
34
2
4
2
19
2200
0,5
1,5
7
40
10
65
35
2
3
1
20
2350
0,7
1,7
8
40
30
66
36
3
1
4
21
2400
0,6
1,6
9
50
10
67
37
4
3
3
22
2450
0,72
1,9
0,2
6
10
78
11
5
3
1
23
2500
0,92
2,7
0,3
7
20
77
12
1
2
2
24
2600
1,10
4,3
0,4
8
30
76
13
4
4
3
25
2550
1,40
5,9
0,5
18
40
78
14
3
1
4
26
2700
1.90
5,9
0,6
25
30
77
15
3
5
5
27
2650
0,72
2,7
0,7
21
20
76
16
2
2
3
28
2800
0,92
4,3
0,8
25
10
78
17
3
1
2
29
2450
0,72
1,9
2
6
10
88
21
5
3
3
30
2500
0,94
2,7
3
7
20
87
22
1
2
2
31
2600
1,13
4,3
4
8
30
86
23
4
4
4
32
2550
1,38
6,0
5
18
40
88
24
3
1
1
33
2700
1,90
6,0
6
25
30
87
25
3
5
5
34
2650
0,72
1,9
7
21
20
86
26
4
3
3
35
2800
0,94
2,7
8
25
10
88
27
1
2
2
36
3000
0,5
1,5
7
17
0
47
31
4
3
4
37
3400
0,6
1,6
0
12
10
48
32
5
2
5
38
3450
0,5
1,5
1
13
20
45
33
5
3
3
39
2500
0,7
1,4
2
14
30
46
34
3
2
2
40
2550
0,7
1,7
3
15
20
47
35
5
3
4
41
2600
0,6
1,6
4
16
10
48
36
4
2
1
42
2700
0,5
1,5
5
17
30
45
37
4
3
1
43
2450
0,72
1.9
0,2
6
10
38
1
5
3
1
44
2500
0,92
2,7
0,3
7
20
37
2
1
2
2
45
2600
1,10
4,3
0,4
8
30
36
3
4
4
3
46
2550
1,40
5,9
0,5
18
40
38
4
3
1
4
47
2700
1,90
5,9
0,6
25
30
37
5
3
5
4
48
2650
0,72
2,7
0,7
21
20
36
6
2
2
5
49
2800
0,92
4,3
0,8
25
10
38
7
3
1
3
50
2000
0,72
1,9
3
15
90
24
24
5
3
1
51
2050
0,94
2,7
4
20
80
25
25
2
3
2
52
2100
1,13
4,3
5
20
45
26
26
1
5
3
53
2150
1,38
6,0
6
30
20
24
27
2
1
4
54
2200
1,90
6,0
7
40
10
25
28
1
5
5
55
2350
0,72
1,9
8
40
30
26
29
4
2
3
Т – абсолютная температура источника излучения
граничные длины волн рабочего спектрального диапазона
Н0 – начальная высота над уровнем моря
L – расстояние между источником излучения и ФПУ
- угол наклона трассы к горизонту
x – относительная влажность воздуха на уровне моря
t - температура воздуха
Параметры приемника излучения, параметры модуляции потока излучения, монохроматическая характеристика пропускания оптической системы о.с. и геометрические параметры оптической системы (столбцы 10, 11, 12 и 13 таблицы 1) приведены, соответственно, в таблицах 2, 3, 4 и 5 для каждого варианта задания.
Таблица 2
Параметры приемника излучения
Тип приемника |
Ge-фотодиод
|
Площадь фоточувствитель-ного элемента, мм2 |
1 |
Рабочая температура приемника, К |
295 |
Напряжение питания, В |
- |
Температура эталонного АЧТ, К |
2856 |
Постоянная времени, с |
210-5 |
Удельная обнаружительная способность |
11010 смГц0,5лм-1 |
Интегральная чувствительность к модулирован-ному излучению эталонного АЧТ (частота модуляции m = 400 Гц) |
15 мА/лм |