Свойства оптических материалов

* С просветляющим покрытием.

0,6 0.В

0,7 0.8 0,3 мкм

Рис. 28-36. Спектральные коэффициенты отражения некоторых земных покровов.

В 10 12 %мим

Рис. 28-37. Спектральные коэффициенты пропускания некоторых оптических материалов.

излучения и размером частиц пропускающей среды.

Коэффициент пропускания по яркости равен.

Ъ = -£-, (28-42)

где Вот - лучистость среды, обладающей диффузным пропусканием, с коэффициентом пропускания т=1.

Если известна облученность среды, то

В = (28-43)

При диффузном пропускании т=тг.

Кривые, характеризующие спектральные коэффициенты пропускания некоторых материалов, используемых в ИК-технике в качестве фильтров, представлены на рис. 28-37, а свойства некоторых оптических материалов приведены в табл. 28-6.

Для среды с однородными частинами, в которой рассеяние и поглощение пропорциональны ее толщине, коэффициент пропускания монохроматического потока определяется по формуле Бугера (экспоненциальный закон):

(28-44)

где L - длина хода луча; m, ъ% - коэффициенты рассеяния и поглощения среды единичной толщины.

Иногда пропускание среды характеризуют ее плотностью

D = lg -. (28-45)

Оптические фильтры

В ИК-технике широкое применение находят оптические фильтры, с помощью которых выделяется область электромагнитного спектра, необходимая для работы ИКП, и устраняется мешающее излучение фона.

Основными типами фильтров являются поглощающие и интерференционные фильтры.

В поглощающих фильтрах излучение, которое не должно быть пропущено, поглощается материалом фильтра. Если фильтр поглощает только коротковолновое или только длинноволновое излучение, то при этом образуется одна из границ нужного диапазона пропускания. Вторая граница определяется характеристикой спектральной чувствительности ПИ.

Для того чтобы поглощающий фильтр выделял определенную область спектра, его изготавливают из двух материалов, причем один материал должен поглощать коротковолновое излучение, а второй - длинноволновое. Область спектра, выделяемая с помощью поглощающих фильтров, обычно

02 О

Рис. 28-38. - Спектральное пропускание поглощающего фильтра.

а - целлофан 0,06 лш; б - целлофан 0,06 мм, покрытый окисью магния.

достаточно широка (рис. 28-38). Для увеличения пропускания поглощающие фильтры просветляются (входная поверхность покрывается тончайшей пленкой, уменьшающей отражение поверхности).

Узкие области спектра могут быть получены при использовании интерференционных фильтров (рис. 28-39). Лучистый поток, многократно отражаясь от по-

лупрозрачных металлических покрытии, выходит из фильтра. При этом спектральные составляющие интерферируют между собой и на тех длинах волн, для которых оптическая ширина диэлектрика составляет Я/2,

Рис. 28-39. Схема, поясняющая принцип работы интерференционного фильтра.

/ - подложка; 2 - полупрозрачные отражающие слои; 3 - диэлектрик толщиной К/2.

позволяет получить достаточно острую спектральную кривую пропускания фильтра (рис. 28-40). На этом же рисунке видно что изменение угла падения лучей на фильтр а приводит к перемещению его полосы пропускания по шкале длин волн.

Хорошие фильтры должны иметь резкие границы пропускания, обладать высоким пропусканием в надлежащем диапазоне спектра и пропускать лучистый поток направленно.

Пропускание ИКИ атмосферой

Потери лучистого потока в атмосфере обусловлены рассеянием и поглощением излучений. В видимой области спектра наблюдается в основном рассеяние, в ИК-области спектра - поглощение и рассеяние.

S,2 Sfi 3,6 5,8 ЩО Ю,2 WfiMKM

Рис. 28-40. Спектральное пропускание интерференционного фильтра при различных углах падения луча на фильтр.

происходит максимальное усиление излучений. В современных интерференционных фильтрах вместо металлических покрытий используются четвертьволновые слои диэлектрика, которые обеспечивают хорошее отражение потока. Использование нескольких прослоек аналогично включению нескольких фильтров в электронную цепь и

Рнс. 28-41. Экспериментальные спектральные кривые рассеяния атмосферы.

S - метеорологическая дальность видимости.

Участки оптического спектра, где потери лучистого потока вызваны в основном рассеянием, называются окнами пропускания; участки ИК-области спектра, где происходит сильное избирательное поглощение излучений, - полосами поглощения. Окна пропускания атмосферы расположены в диапазонах дайн волн ИК-области спектра: 0,95-1,05 мкм, 1,2- 1,3 мкм; 1,5-1,8 мкм; 2,1-2,4 мкм; 3,3- 4,2 мкм; 4,5-5,1 мкм; 8-13 мкм. Центры основных полос поглощения приходятся на длины волн: для паров воды-1,38; 1,87; 2,7; 3,2 и 6,2 мкм для С02-2,7; 4,3 и 15 мкм и для озоиа - 4,8; 9,6; 14,2 мкм.

Рассеяние в атмосфере зависит от количества рассеивающих частиц влаги и пыли н от размеров этих частиц. В сухой и чистой атмосфере рассеяние излучения про-