Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 1 6 6 2 http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2005/159.pdf CaF2/воздух), рассчитанные для угла падения 9 = 45.9950. Видно, что для всех длин волн,

N

больших 5.601 мкм, R (X) уменьшается при увеличении длины волны. Для лучей с X <

N

5.601 мкм R (X) не зависит от длины волны.

Рис. 4. Зависимости относительной интенсивности излучения (или коэффициентов отражения) от длины волны, рассчитанные для угла падения р-компоненты излучения 9 = 45.9950 на границу раздела сред CaF2 /воздух для случаев одного отражения - R (X), четырех отражений - R (X)4, восьми отражений - R (X)8.

Оценим зависимость эффективной ширины спектральной полосы AX (N) от N для X = 5.6 мкм.

Расчет проведем по следующему выражению:

(11)

Эффективная ширина AX1(N) спектральной полосы излучения (для X < 5.6 мкм) после пластины 6 из BaF2 (при прохождении, через которую пучок испытывает N отражений от границ раздела BaF2 /CaF2), рассчитанная по (11), показана в таблице1: Таблица 1

Рассчитанная аналогичным образом эффективная ширина AX2(N) спектральной полосы излучения (для X > 5.6 мкм) после пластины 6 из BaF2 (при прохождении, через которую пучок испытывает N отражений от границ раздела BaF2 /CaF2), рассчитанная по формуле аналогичной (11), показана в таблице 2: Таблица 2

Суммируя ширины спектральной полосы справа и слева от выбранной длины волны X =5.601 мкм получим, что после одного отражения суммарная эффективная ширина спектральной полосы излучения на выходе монохроматора AX (1) « 1.5 мкм, (А(1) = 3,7); после 4х отражений AX (4) « 0.15 мкм, (А(4) = 37); после 8 отражений AX (8) « 0.04 мкм, (А(8) = 140); после 10 отражений AX (10) « 0,019 мкм, (А(10) = 295).

Аналогичным образом можно определить ширину спектральной полосы излучения на выходе фильтра для любой длины волны, на которую настроен прибор. Проведем оценку параметра качества.

Пусть s1 и s2 - площади поперечного сечения, соответственно, первой (из СаF2) и второй (из ВаF2) пластин и s1 = а1-Ь1, s2 = а2-Ь2, где а1, а2, b1, b2, соответственно, толщина и ширина каждой пластины; пусть а и в - углы падения излучения на входные грани (соответственно, первой и второй пластин) близки к нормальным; пусть плоскость YZ параллельна плоскости чертежа.

Определим максимальное число мод, которое можно пропустить через первую пластинку фильтра. Наибольшие углы, соответственно, в плоскостях YZ и XZ - ф^,^ и Ф^ш^ , в пределах которых может распространяться фильтруемое излучение через первую пластинку определяется из следующих соотношений :

Ф1а1мах < №1 / dX)-AX = (d9^ / dX)-X /А.(12)

Ф^мах < atan (b1 /( N-ar tan 9к1))(13)

При этом а1-толщина пластинки должна быть такой, чтобы фd1- дифракционный угол расходимости излучения в плоскости YZ на апертуре пластинки, был бы меньше, чем 1 22 -X

Ф1а1мах,, т.е., фd1 _--sin91 < фЫпшх и а1 > 1,22-X •sin9l/фlаlмах .

a1

(14)

Тогда можно показать, что светосила и максимальное число мод, распространяющихся через первую пластинку, могут быть вычислены по следующим выражениям:

(15)

(16)

Таким же образом определяются толщина a2, светосила L2 и максимальное число мод M2 для второй пластины (пластины из германия).

Максимальное число мод, пропускаемое фильтром на длине волны X будет определяться пластинкой, пропускающей меньшее число мод.

Пусть требуется обеспечить разрешение А= 36.6 на X=5.6 мкм. Выше было показано, что это разрешение достигается при числе отражений от поверхностей раздела каждой пластины N=4.

Расчеты по приведенным выше соотношениям показывают возможность построения перестраиваемого фильтра со следующими размерами пластин и характеристиками: а1= 25 мм; b1= 50мм; а2=21мм; Ь2=50мм; 201=156мм; 202=440мм;

Ф1а1мах =0.10 ; ф1Ь1мах = 190 ; ф2a2мах =0.150 ; ф2Ь2мах = 90 ; А=36.6; G = 0.94 ср-мм2 K=35.3 ср-мм2 M= 3-104 Km =1.1-106 . Где: Z01 и Z02 длина первой и второй пластин, соответственно.

Для сравнения приведем оценочные величины тех же параметров для монохроматора ИКС-21 с репликой 200 штр/мм, обеспечивающей разрешение А= 103 на длине волны 4мкм при ширине щели 0.25мм. Для этой длины волны основные параметры монохроматора имеют следующие значения: G = 0.128 ср-мм2 K=128 ср-мм2 M= 8-103 Km =8-106 .

Видно, что рассматриваемый плавно перестраиваемый фильтр пропускает почти в четыре раза больше мод, чем монохроматор, но почти в это же число раз имеет меньший параметр качества.

В ближней ультрафиолетовой и в видимой областях спектра число пропускаемых мод может быть существенно увеличено. Например, подобное устройство при спектральной фильтрации изображения с А = 0.56 мкм может пропустись 3-105 мод. .

Следует отметить, что рассматриваемый Вариант 1 перестраиваемого фильтра (также как и любой монохроматор с призмой или дифракционной решеткой), являются однокоординатным фильтрующим устройство и не пригоден для одновременной фильтрации двухкоординатного изображения, т к. для его работы требуется, ограничивать с помощью прямоугольных диафрагм плоский угол, в пределах которого распространяется пучок исходного излучения (в плоскости, в которой находятся оптические оси падающего и отраженного от границ раздела сред пучка излучения) до величины фмах.

II . Вариант 2.

Двухкоординатное устройство, не требующее перестройки для фильтрации каждой длины волны в заданном диапазоне

Возможная оптическая схема спектрального фильтра изображения (СФИ ) и основные элементы прибора для регистрации фильтруемых лучей - тепловизора, содержащего объектив и матричный приемник излучения, показаны на рис. 5.

Предлагаемая конструкция двухкоординатного фильтра (фильтра изображения) не требует перестройки углов падения фильтруемого излучения для фильтрации любой длины волны в заданном диапазоне и содержит две пары оптических сред, для одной из которых производная зависимости угла полного внутреннего отражения (ПВО) от длины волны положительна, а для другой пары отрицательна.

Основными элементами устройства являются плоскопараллельная пластина 3 из KCl длиной L1 с поперечным сечением а1 х b1 (а1-расстояние между гранями, отражающими излучение) и плоскопараллельная пластина 6 из Ge длиной L2 с поперечным сечением а2 х b2 (а2-расстояние между гранями, отражающими излучение). К обеим полированным граням пластины из Ge прикреплены (например, на оптическом контакте) пластины 5 из BaF2. Торцевые грани пластин 3 и 6 скошены, так чтобы бы их поверхности были расположены под углами близкими к п/2 к входящим и выходящим лучам.

На выходе устройства расположен объектив 9 с изменяемым фокусным расстоянием, в фокальной плоскости которого находится матричный приемник 10 тепловизора, причем плоскость, в которой находятся фоточувствительные элементы матричного приемника, перпендикулярна плоскости чертежа. (На позиции 10а эта плоскость показана повернутой на 900, так чтобы она совпадала с плоскостью чертежа.). Изображение,