Системы тепловидения - Инфракрасные квантовые счетчики

Подробности
Категория: Разное-архив

Содержание материала

Страница 29 из 38
  1. Инфракрасные квантовые счетчики

Инфракрасные квантовые счетчики (ИККС) являются преобразователями инфракрасного излучения в видимое, в которых используется обмен энергии излучения с энергией электронных уровней для получения твердотельного преобразователя изображения. Принцип действия ИККС был предложен в 1959 г. Бломбергеном [43] и подробно проанализирован Эстеровицем и др. [44]. Он основан на предположении, что в примесных редкоземельных соединениях структура ионных энергетических уровней такова, что существуют переходы, соответствующие как видимому, так и инфракрасному излучению, и заключается в том, что ион, возбужденный в результате поглощения фотона инфракрасного излучения, может быть переведен с помощью лазерного гетеродина еще на более высокий энергетический уровень, с которого спонтанно излучается видимый свет. Простейшая модель трехуровневого ИККС показана на фиг. 8.21.


Фиг. 8.21. Простейшая модель трехуровневого инфракрасного квантового счетчика.

Фиг. 8.22. Пятиуровневый инфракрасный квантовым счетчик.

Трехуровневый ИККС непригоден для практического использования по причинам, изложенным Эстеровицем и др. [44]. На практике используется пятиуровневая схема, показанная на фиг. 8.22. Наиболее подходящий материал для демонстрации действия ИККС — трихлорид лантана LaCl3, активированный празеодимом Рг3+. В этом соединении имеется достаточное число переходов, чтобы обеспечить чувствительность в широкой полосе от 3 до 5 мкм.
Квантовая эффективность и выходной световой поток ИККС столь низки, что для достижения приемлемой яркости изображения необходимо применение усилителя яркости изображения или другого аналогичного прибора. Достаточно эффективный ИККС будет весьма сложным прибором даже по сравнению с приборами с механической разверткой. Для подавления маскирующих изображение сигналов помехи от переходов, обусловленных температурой кристалла, кристалл необходимо охлаждать. Для достижения эффективного преобразования инфракрасного излучения в видимое нужно использовать накачку относительно большой мощности, к тому же в такой спектральной области, где лазеры неэффективны. Наконец, ИККС является прибором с линейным преобразованием числа фотонов по постоянной составляющей, поэтому для улучшения контраста изображения требуется специальное устройство для вычитания фона. Источниками шумов теоретически идеального ИККС являются квантовые шумы инфракрасного сигнала, автоэмиссионный шум перехода, шум накачки и шум усилителя яркости. Ограничения из-за неоднородностей чувствительности по поверхности кристалла пока не определялись. Эксперименты с ИККС описаны в статьях [45, 46].

ЛИТЕРАТУРА

  1. Astheimer R. W., Wormser Е. М., Instrument for Thermal Photography JOSA, 49, 184-187 (1959).
  2. Astheimer R. W., Schwarz F., Thermal Imaging Using Pyroelectric Detectors, Appl. Oft., 1, 1687—1695 (1968).
  3. Nichols L. W., Lamar J., Conversion of Infrared Images to Visible in Color, Appl. Opt., 7, 1757—1762 (1968).
  4. Kutzcher E. W., Zimmermann К. H., A Scanning Infrared Inspection System Applied to Nondestructive Testing of Bonded Aerospace Structures, Appl. Opt., 7, 1715—1719 (1968).
  5. Astheimer R. W., Infrared to Visible Conversion Devices, Phot. Sci. and Eng., 13, 127-133 (1969).
  6. Jatteau М., Infrared Thermography Equipment for Medical Applications, Philips Tech. Rev., 30, 278—291 (1969).
  7. Gershon-Cohen J., Medical Thermography, Scientific American, 94—102 (1967).
  8. Borg S. B., Thermal Imaging with Real-Time Picture Presentation, Appl. Opt., 7, 1697 — 1703 (1968).
  9. Sundstrom E., Wide-Angle Infrared Camera for Industry and Medicine, Appl. Opt., 7, 1763—1768 (1968).
  10. Gramm C. F., Infrared Equipment, Applied Optics and Optical Engineering, R. Kingslake, ed., Vol. 2, Academic, 1965, Ch. 9.
  11. Borely C. R., Guildford L. H., A 100 Line Thermal Viewer, Injrared Physicsy
  12. 131 — 134 (1968).
  13. Lindberg P. J., A Prism Line-Scanner for High-Speed Thermography, Optica Acta, 15, 305—316 (1968).
  14. Laakmann P., United States Patent Number 3723642, Thermal Imaging System, 1971.
  15. Кариженский E. Я., Мирошников М. М., Сканирующие системы для тепловизоров, Оптико-механическая промышленность, 37, № 9, 39—42 (1970).
  16. Edgar R. F., Some Design Consideration for Infrared Image Scanning Systems, Infrared Physics, 8, 183—187 (1968).
  17. Williams C. S., Limitations on Optical Systems for Images of Many Discrete Elements of Area, Appl. Opt., 6, 1383—1385 (1967).
  18. Budrikis Z. L., Visual Thresholds and the Visibility of Random Noise in TV, Proc. IRE (Australia), 751—759 (1961).
  19. Czerny М., Physik, 53, 1 (1929).
  20. Czerny М., Mollet, Zeitschrift fur technische Physik, 18, 582 (1937).
  21. Robinson et al., JOS A, 47, 340 (1957) (только реферат).
  22. McDaniel G. W., Robinson D. Z., Thermal Imaging by Means of the Evaporagraph, Appl. Opt., 1, 311—324 (1962).
  23. Ovrebo P. J., Sawyer R. R., Ostergren R. H., Powell R. W., Woodcock E. L. Industrial, Technical and Medical Applications of Infrared Techniques, Proc. IRE (1959).
  24. Sintsov V. N., Evaporagraphic Image Quality, Appl. Opt., 6, 1851 — 1854 (1967).
  25. Foshee L. L., Hughes Aircraft Company, Culver City, California (частное сообщение).
  26. Gretag AG, CH-8105, Regensdorf, Switzerland.
  27. Redington R. W., van Heerden P. J., Doped Silicon and Germanium Photoconductors as Targets for Infrared Television Camera Tubes, JOS A, 49, 997—1001 (1959).
  28. Heimann W., Kunze C., Infrarot-Vidikon, Infrared Physics, 2, 175—181 (1962).
  29. Berth М., Brissot J. J., Targets for Infrared Television Camera Tubes* Philips Technical Review, 30, 270—279 (1969).
  30. Kim C. W., Davern W. E., InAs Charge-Storage Photodiode Infrared Vidicon Targets, IEEE Trans. Elec. Dev., ED-18, 1062-1069 (1971).
  31. Dimmock J. O., Capabilities and Limitations of Infrared Imaging Systems, Proc. SPIE Seminars Developments in Electronic Imaging Techniques, 32 (1972).
  32. Thompsett M. F., A Pyroelectric Thermal Imaging Camera Tube, IEEE Trans. Elec. Dev., ED-18, 1070—1074 (1972).
  33. Garbuny М., Vogel T. P., Hansen J. R., Image Converter for Thermal Radiation, JOS A, 51, 261—273 (1961).
  34. Auphan М., Boutry G. A., Brissot J. J., Dormont H., Perilhou J., Pietri G., Un Tube Transformateu d’Image pour Tlnfrarouge Moyen a Couche Photoconductive et Couche Photoemissive Juxtaposees: Le Serval, Infrared Physic*, 3, 117—127 (1963).
  35. Ulmer W., A New Type of Optical Image Converter, Infrared Physics, llr 221 — 224 (1971).
  36. Choisser J. P., Wysocyznski, Electronic Vision Corporation, San Diego,. California (частное сообщение).
  37. Morton G. A., Forgue S. V., An Infrared Pickup Tube, Proc. IRE, 47, 1607—1609 (1959).
  38. Yariv A., Introduction to Optical Electronics, Holt, Rinehart, Winston* 1971, Ch. 8.
  39. Warner J., Parametric Upconversion from the Infra-Red, Opto electro nicsr
  40. 37-48 (1971).
  41. Milton A. F., Upconversion — A Systems View, Appl. Opt., 11, 2311— 2330 (1972).
  42. Midwinter J. E., Zernike F., Note on Up-Converter Noise Performance, IEEE J. Quant. Electr., QE-5, 130—131 (1969).
  43. Andrews R. A., IR Image Parametric UP-Conversion, IEEE J. Quant. Electr., QE-6, 68-80 (1970).
  44. Midwinter J. E., Parametric Infrared Image Converters, IEEE J. Quant. Electr. QE-4, 716-720 (1968).
  45. Bloembergen N., Solid State Infrared Quantum Counters, Phys. Rev. Letters, 2, 84—85 (1959).
  46. Esterowitz L., Schnitzler A., Noonan J., Bahler J., Rare Earth Infrared Quantum Counter, Appl. Opt., 7, 2053—2070 (1968).
  47. Porter J. F., Sensitivity of Pr3+: LaCl3 Infrared Quantum Counter, IEEE J. Quant. Electr113—115 (1965).
  48. Gandrud W. B., Moos H. W., Improved Rare-Earth Trichloride Infrared Quantum Counter Sensitivity, IEEE, J. Quant. Electr., QE-4, 249—252

(1968).

Еще по теме: