Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Домашнее задание 2012.doc
Скачиваний:
7
Добавлен:
17.11.2019
Размер:
809.98 Кб
Скачать

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  21, 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.

  1. Рассчитать величину фотосигнала на выходе ФПУ в заданных условиях.

  2. 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.

  1. 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.

  1. 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.

  2. 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

210-5

Удельная обнаружительная способность

11010

смГц0,5лм-1

Интегральная чувствительность к модулирован-ному излучению эталонного АЧТ

(частота модуляции

m = 400 Гц)

15

мА/лм