Читать книгу Detekcja sygnałów optycznych - Zbigniew Bielecki - Страница 25

Ważnym elementem każdego systemu detekcji promieniowania optycznego jest układ optyczny. Stanowi on zestaw elementów optycznych (soczewki, zwierciadła płaskie, zwierciadła sferyczne i asferyczne, płytki światłodzielące, pryzmaty, filtry i inne) tworzących obrazy obiektów na powierzchni detektora (detektorów).

Układy optyczne można podzielić na dwie zasadnicze grupy: układy refrakcyjne i zwierciadlane. Niekiedy są stosowane układy refrakcyjno-zwierciadlane. Układy zwierciadlane są powszechnie stosowane w technice podczerwieni (np. w skanerach czy lidarach). Do najważniejszych zalet ich stosowania należy zaliczyć brak aberracji chromatycznych. Ponadto są one lżejsze od układów refrakcyjnych. Ich wadą jest wrażliwość na błędy montażowe oraz wysokie wymagania na tolerancje dotyczące kształtu powierzchni [1.20]. Powierzchnie zwierciadlane wykonuje się najczęściej przez napylenie warstw metalicznych w wysokiej próżni. Powinny one charakteryzować się dużym, bliskim jedności, współczynnikiem odbicia. W tym celu stosuje się aluminium, chrom, srebro, złoto i inne. Zwierciadła płaskie są często stosowane do zmiany kierunku propagacji wiązki promieniowania optycznego, natomiast pryzmaty w skanerach podczerwieni (IR). Przystępując do konstrukcji refrakcyjnego układu optycznego, należy najpierw dokonać wyboru odpowiedniego materiału w zależności od zakresu widmowego wykrywanego promieniowania (rys. 1.30).

Rys. 1.30. Spektralne zakresy przepuszczalności wybranych materiałów optycznych [1.21]

Rys. 1.31. Charakterystyki przepuszczalności wybranych materiałów optycznych (grubość ok. 2 mm) [1.22]

Klasyczne szkła optyczne (np. BK-7) stosowane w paśmie widzialnym transmitują promieniowanie tylko do ok. 2,5 µm, a szkło kwarcowe do 4,5 µm. Do najpopularniejszych materiałów stosowanych do wytwarzania soczewek, pracujących w systemach IR, zaliczamy: german Ge, krzem Si, selenek cynku ZnSe, czy siarczek cynku ZnS. Więcej informacji na temat materiałów optycznych można znaleźć w pracy [1.25].

Na rysunku 1.31 przedstawiono charakterystyki przepuszczalności najpopularniejszych materiałów optycznych stosowanych do wytwarzania elementów optycznych w układach detekcji promieniowania optycznego.

W niektórych zastosowaniach niezbędne jest odcięcie niepożądanych pasm widma, które z punktu widzenia działania przyrządu służą do poprawy stosunku sygnału do szumu. Wyróżnia się filtry absorpcyjne i interferencyjne. Filtry absorpcyjne mają szersze pasmo transmisyjne w stosunku do filtrów interferencyjnych, a ich zaletą jest możliwość precyzyjnego dopasowania charakterystyki do określonych zastosowań. Jako przykład zastosowania takich filtrów mogą posłużyć optoelektroniczne czujniki gazów (rys. 1.32).

a)

b)

Rys. 1.32. Filtry optyczne: a) przykładowe charakterystyki [1.23], b) zastosowanie w detektorach termicznych [1.24]

Szczegółowe informacje na temat szkieł optycznych i fotonicznych można znaleźć w pracy [1.25].