Преобразование инфракрасного излучения в видимое излучение

Инфракрасное излучение — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны 7,5×10(-7) м и микроволновым радиоизлучением 1×10(-3) м.

Сейчас весь диапазон инфракрасного излучения подразделяют на три составляющих:

1. - коротковолновая область: l = 0,74 – 2,5 мкм;

2. - средневолновая область: l = 2,5 – 50 мкм;

3. - длинноволновая область: l = 50 – 1000 мкм.

Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как все тела, твердые и жидкие, нагретые до определенной температуры излучают энергию в инфракрасном спектре.

Спектр ИК-излучения, так же как и спектр видимого и ультрафиолетового излучений, может состоять из отдельных линий, полос или быть непрерывным в зависимости от природы источника излучения.

Данное свойство ИК-излучения нашло применение для скрытого наблюдения в темное время суток. С этой целью широко используются приборы ночного видения, работающие в ИК-диапазоне электромагнитного излучения. Для наблюдения в ИК-диапазоне необходимо преобразовать невидимое для глаз изображение в ИК-диапазоне (более 0,76 мкм) в видимый диапазон.

Основу приборов ночного видения составляет электронно-оптический преобразователь, преобразующий невидимое изображение объекта наблюдения в видимое.

Действие этих ЭОП основано на явлениях внешнего и внутреннего фотоэффектов. Внешний фотоэффект состоит в испускании электронов из твердого тела, называемого в вакуум под действиемквантов ИК-излучения. Интенсивность потока электронов зависит от интенсивности ИК-излучения.

Внутренний фотоэффект (фотопроводимость) состоит в изменении электропроводности полупроводников под действием квантов излучения оптического диапазона. На этом эффекте основана работа фотоприемников (ФП), регистрирующих изображение. Сигналы от многоэлементных ФП, возникающие под действием собственного излучения объектов, после электронной обработки используются для создания видимого глазом теплового изображения.

Принцип работы прибора ночного видения. Объектив создает на фотокатоде ЭОП изображение слабоосвещенного (ночным небом, звездами, луной) объекта. Фотокатод - тонкий полупроводниковый слой, нанесенный на внутреннюю поверхность входного окна вакуумного корпуса ЭОП. Фотокатод эмитирует в вакуум электроны, причем число эмитированных из каждой точки электронов пропорционально яркости в этой точке изображения, спроецированного объективом.

Несущий таким образом «электронное изображение» поток электронов ускоряется и фокусируется электронно-оптической системой на катодолюминесцентный экран. Ускорение фотоэлектронов происходит под действием напряжения порядка 10 000 вольт, вырабатываемого источником питания. Именно за счет преобразования фотонов в электроны и ускорения последних в ЭОП происходит усиление яркости, т.к. усилить энергию нейтральных фотонов принципиально невозможно.

Ускоренные и сфокусированные фотоэлектроны, попадая на люминесцентный экран, вызывают его свечение в видимой глазом области спектра (практически во всех ЭОП – в зеленой). Так как яркость свечения экрана в каждой точке будет пропорциональна числу попавших в нее фотоэлектронов, на экране создается видимое усиленное и преобразованное изображение наблюдаемого объекта.