за сгчет разности хода 6 = 2/ интерферируют, и иа ПИ б попадает суммарный поток

S fiRB (V) Pz=- 2 a+cos2jiv6).

где Sg - площадь входного зрачка; й - телесный угол поля зрения; В - -энергетическая яркость источшка излучения; v = 1А.

Таким образом, поток, облучающий ПИ, состоит из постоянной и, переменной составляющих, последняя из которых зависит от разности хода S двух лучей. Если подвижное зеркало -перемещать с постоянной скоростью v, то разность хода между двумя интерферирующими лучами будет изменяться по линейному во времени закону: б = vt/2. Так как каждая монохромати-ческая составляющая немонохроматического потока Рф)

dF = Y обВ (v) cos nwf dv,

то сумма монохроматических потоков, облучающих ПИ в заданном спектральном диапазоне - Vg,

f (6) = f = j В (v) cos nvvtdv.

Поскольку преобразование Фурье обратимо, энергетическая яркость источника излучения определяется обратным преобразованием Фурье:

В (v) = 2 j f (6) cos nvvid6. (3.2)

Смещение подвижного зеркала в интерферометре конструтстивно ограничено и разность хода не может превышать некоторую максимальную величину Sg. Поэтому интерферометрическая функция F (S) равна нулю для значения S > > Sjjgg. Следовательно, пределы интегрирования в выражении (3.2) должны быть ограничены от О до б^,.

Интерферограмма (рис. 3.16), отражающая изменение лучистого потока Рф) при движении зеркала 4 (рис. 3.15, а), симметрична относительно нулевого значения 6. На рис. 3.16 штриховой линией показан уровень фона или постоянная составляющая лучистого потока. Упрощенная схема интерферометра Майкельсона, использовавшегося на ИСЗ Нимбус-3,4 [83], изображена на рис. 3.15, б.

Принципиальная схема Фурье-спектрорадиометра, включающего двух-лучевой интерферометр Майкельсона, показана на рис. 3.17 [83]. Основной деталью интерферометра является светоделительная плоскопараллельная пластина П. Поверхность пластины, обращенная к объективу коллиматора, покрыта тонким слоем, отражающим и пропускающим лучи АС и АВ оди-наковйй интенсивности. Оба луча отражаются зеркалами 31 к 32 и пластиной П делятся каждый на две составляющие, из которых две образуют луч Л1, а две другие - луч Л2. Луч Л1 фокусируется объективом 6 на чувствительной площадке ПИ7, а луч Л2 возвращается к источнику излучения. Таким образом, луч АС пересекает пластину П три раза, а луч АВ - один раз. Для исключения возникающей разности хода лучей АВ и АС между зеркалом 31 и пластиной П установлена пластина 4 той же толщины, что и пластина П.

Обе оптические волны луча Л1, которые представляют собой расчлененную волну, приходящую от источника, облучающего интерферометр, являются когерентными и интерферируют друг с другом. Результат интерференции зависит от-разности хода между обеими оптическими волнами, достигаю-

щими пи. Разность хода в свою очередь определяется расстоянием от пластины п до зеркал 31 и 32. Если расстояния ав и ас равны, то обе волны поступают на ПИ в одной фазе, а волны луча л2, находясь в противофазе, гасят друг друга. В результате вся энергия, за исключением потерь на поглощение, приходящая на вход интерферометра, сохранится на его выходе. При перемещении зеркала 32 изменяется разность хода б от нуля до б„акс-

Оригинальная конструкция малогабаритного Фурье-спектрорадиометра описана в работе [75]. В радиометре использован модернизированный двухлучевой интерферометр Майкельсона. Прибор предназначен для нспользовани в лабораторных и полевых условиях.

Наряду с интерферометром Майкельсона в Фурье-спектрорадиометрах применяют двухлучевые поляризационные интерферометры и многолучевые

Рис. 3.16. Интерферограмма

Рис. 3.17. Принципиальная схема Фурье-спектрорадиометра:

1 - объектив; 2 - диафрагма; S - объектив коллиматора: 4 - компенсирующая пластинка; 5 - двухлучевой интерферометр Майкельсона; 6- объектив камеры; 7 - ПИ; е - усилитель переменного тока; 9-. синхронный детектор; 10 - фильтр низких частот; 11 - регистрирующее устройство

X Лп X >J

интерферометры Фабри-Перо. Основное преимущество Фурье-спектрорадиометров - большая светосила, малые габаритные размеры и масса при остальных характеристиках, одинаково свойственных обычным щелевым спектро-радиометрам. Например, увеличение светосилы по сравнению с дифракционными спектрорадиометрами составляет 2nf/l, где / - фокусное расстояние; I - высота щели спектрометра. Если полностью использовать допустимое поле зрения, то увеличение светосилы будет около 200, так как обычно отношение f/l > 30. ,

5. СОГЛАСОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ ФОТОТОКА С ПРИЕМНИКОМ ИЗЛУЧЕНИЯ

При разработке радиометров, рассчитанных на измерение малых лучистых потоков от удаленных теплоизлучающих объектов, важное значение приобретают вопросы согласования предварительного усилителя фототока с приемником излучения.

При известной величине темнового сопротивления ПИ задача согласования его с предварительным усилителем сводится к получению минимального коэффициента шума варьированием сопротивлением нагрузки и сопротивлением:

входа Rgjj, выбором оптимальной структуры предварительного усилителя, его элементов и режимов работы. В случае усилителя, шумы которого представлены шумовым сопротивлением Rj коэффициент шума

Для уменьшения коэффициента шума требуется малое 7?экв большое R.

Сопротивление нагрузки оказывает влияние на величину сигнала и шума <отношение сигнала к шуму остается неизменным), а также на частотные характеристики, поэтому i? выбирают из условия обеспечения оптимальных характеристик каскада с точки зрения максимума сигнала и требуемой полосы частот.

Коэффициент шума фотоприемного устройства

Vп.y=м. = Ф*/o*Ф.п.y)

где kl, kz - коэффициенты шум^ ПИ и предварительного усилителя соответственно.

Обнаружительная способность приемника с учетом шума предварительного усилителя

. . Dl = VTJ(k)D* = DV(DlkY).

где ki = Оф/р*; Оф - обнаружительная способность идеального приемника, чувствительность которого ограничена фонолу D* - обнаружительная способность реального приемника излучения.

Если предположить, что D* (что справедливо для многих современных приемников), то

ф. п. у - / 2

Для минимизации коэффициента шума fe, необходимо обеспечить соотношение ?вх = (5-20)/? .

На практике приходится работать с ПИ, темповое сопротивление которых превышает сотни килоом (PbS, РЬТе, PbSe, Ge : Hg; Ge : Си и др.), единицы килоом (InSb) и единицы ом (HgCdTe, PbSnSe, PbSnTe). Для первой группы приемников входное сопротивление должно быть 10 - 10* Ом, для второй - 102-10 Ом.

Выбор входного транзистора (полевого или биполярного) зависит от относительного значения шумов, вносимых каждым из этих типов. При сопротивлении ПИ 200 Ом и ниже более высокое отношение сигнал/шум обеспечивается при нспольз'овании малошумящих биполярных транзисторов, а при сопротивлении 1 кОм и выше - при использовании малошумящего полевого транзистора; при R = 300-800 Ом оба типа транзисторов оказываются практически равноценными [80].

Из выпускаемых отечественной промышленностью полевых транзисторов наиболее полно удовлетворяют требованиям, предъявляемым к входным каскадам высокоомных предусилителей для ПИ, кремниевые триоды с р-п-переходом - КП103 с каналом р-типа и КПЗОЗ с каналом п-типа.

Для усиления слабых сигналов переменного тока от ПИ с высоким темповым сопротивлением типов PbS, PbSe, Ge : Hg, Ge : Au, Ge : Cu и других целесообразно использовать выпускаемые промышленностью гибридные интегральные микросхемы серий К226 (К226УН1 - К226УН5), К504 (К504УН1, К504УН2), К544 (К544УН1), К167 (К167УНЗ).

Интегральные схемы серии К226 представляют собой малошумящие усилители низкой частоты с полевым транзистором на входе; выполнены на ситалловой подложке по гибридно-пленочной технологии в корпусе типа 151-15-4 с применением полевых и биполярных транзисторов.