Перевод с английского
Книга освещает проблемы и методы использования инфракрасной части спектра электромагнитных колебаний.
В книге излагается история развития инфракрасной техники, детально рассматриваются различные источники инфракрасного излучения, а также оптические свойства ряда веществ и земной атмосферы. Большой раздел посвящается теоретическим исследованиям оптических свойств среды и инфракрасной области спектра, физике полупроводников и описанию механизма инфракрасного детектирования.
Ряд глав посвящен математическому анализу механизма избирательного детектирования и ограничений, вызываемых фотонными шумами.
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ
Инфракрасный (ИК) диапазон спектра электромагнитных волн занимает область между видимыми и СВЧ-колеба-ниями. Любое тело излучает, поглощает, пропускает и отражает инфракрасные лучи определенным образом. Вот почему при рассмотрении спектрального распределения и интенсивности колебаний, излучаемых телом или взаимодействующих с ним, можно получить информацию о,б исследуемом объекте. Полученные данные можно использовать, например, для распознавания цели среди окружающих ее предметов или для идентификации различных веществ.
Существование ИК-излучения обнаружено более ста лет назад, однако лишь за последние два десятилетия были значительно расширены области применения ИК-техники. Широкое использование ИК-техники для военных целей началось во вторую мировую войну. В последние годы приборы, использующие ИК-излучение, получают все большее распространение в различных областях техники.
В настоящей работе делается попытка обобщить опыт в области использования ИК-излучения, накопленный ко времени написания книги. ,
Авторы делят область изучения ИК-техники на четыре основные группы вопросов. К первой группе относится вопрос о природе ИК-излучения. Здесь рассматриваются спектральное и пространственное распределение излучения нагретых тел; отражение, преломление, поглощение, дифракция и рассеяние излучения средой; некоторые фотоэлектрические эффекты. Во второй группе рассматриваются элементы ИК-техники и применяемые материалы, включая источники ИК-излучений, материалы окон и приемники ИК-излучений. Компоновка элементов в системы ИК-Диапазона является содержанием третьей, главной группы. В нее входят также оптические и электронные системы и аппаратура охлаждения. Применение ИК-еистем в военном деле и в промышленности составляет содержание четвертой группы.
В- настоящей работе рассматриваются лишь первые две группы вопросов. ДвёТтоследние группы входят в книгу, подготавливаемую авторами к печати.
Данная книга предназначена для научных работников и , инженеров промышленных и военных лабораторий, занятых разработкой и выбором элементов и материалов для ИК-си-стем. В книгу включены также некоторые сведения, не относящиеся непосредственно к ИК-технике, но позволяющие читателю легче уяснить принципы, лежащие в основе действия ее элементов. К ним относятся сведения о математической теории, объясняющей соотношения между оптическими постоянными веществ и наиболее фундаментальными их физическими параметрами; уравнения, описывающие ослабление излучения атмосферой; сведения о характере взаимодействия колебаний .с заряженными частицами, лежащего ...в основе таких явлений, как дисперсия и поглощение колебаний свободными носителями. Специально для инженеров, работающих в области ИК-техники, дается глава по физике полупроводников, что позволяет выбрать требуемые новые материалы при проектировании ИК-приемников и оптических элементов. Для оценки основных пробелов рабочих характеристик приемников и электронных элементов систем включен раздел по функциональным явлениям. В книге также приводятся данные по конкретным числовым характеристикам ИК-приемников и оптических материалов.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие авторов . , ......... ..... 5
Глава 1. Инфракрасный спектр. Исторический очерк .... 7
1.1. Определение инфракрасного спектра ........ —
1.2. Исторический очерк............» , 8
Глава 2. Источники инфракрасного излучения ....... 14
2.1. Терминология ................ 15
2.2. Эмиссия нагретых тел............. .17
•2.3. Спектральное распределение ........... -25
2.4. Обмен энергией излучения между двумя телами ... 42
2.5. Временное распределение............ 59
2.6. Линейчатые и полосовые источники излучения .... 67
2.7. Источники излучения, используемые практически-. , . . 78
2.8. Естественные источники излучения........ -82
2.9. Прочие источники излучения.......... 85
2.10. Некоторые полезные приближения для инженерных рас-
четов ................. 91
Глава 3. Теория оптических характеристик среды...... 93
3.1. Введение и общие замечания.......... —
• 3.2. Электромагнитная теория............ —
3.3. Поток электромагнитной мощности....... . 101
3.4. Разрывность среды.............. 102
3:5. Поглощение, дисперсия и рассеяние........ 107
3.6. Интерференция и дифракция.....'..... 114
Глава 4. Оптические свойства среды.........,. 123
4.1. Введение................ —
4.2. Классификация веществ и их оптические свойства ... —
4.3. Выбор специальных материалов......... 132
Глава 5. Оптические свойства атмосферы........ 166
5.1. Введение *.........ч........ —
5.2. Состав атмосферы............. . 167
5.3. Теория молекулярного поглощения........ 171
5.4. Эмпирические данные молекулярного поглощения .... 176
5.5. Теория атмосферного рассеяния......... 185
5.6. Определение рассеяния в атмосфере по эмпирическим данным .,.,,,,,.......... 194
Глава 6. Физика полупроводников , . . . . . . . . ,.
6.1. (Введение . . . ... . . ... . . . . . - . «
6.2. Периодическая решетка......... . .
6.3. Энергетические зоны в> идеальном кристалле . . . .
6.4. Дефекты кристаллической решетки...... . ,
6.5. Статистика Ферми — Дирака для полупроводников с соб-
ственной' проводимостью ...........
6.6. Статистика Ферми — Дирака для примесного полупроводника . . . . .......х. . . . .
6.7. Электрическая проводимость и эффект Холла . . . .
6.8. Рекомбинация и время жизни носителей . .• . . . .
6.9. Движение носителей при наличии электрического и маг-
нитного полей .... . . . . ......
6.10. Выпрямляющие контакты , ,. ,....... . .
Глава 7. Источники шумов.............
7.1. Введение .....'.......-\ ....
7.2. Тепловой шум. Теорема Найквиста . . . . , . . .
' 7.3. Шумы в электронных лампах ... . . . . . . .
7.4. Шумы в полупроводниках . . . .. -...... .
7.5. Шум в транзисторах и диодах . . . . . .
7.6. Шумы в трансформаторах........f . . «., '
. 7.7. Шум в гальванометрах........г. . . . •.
/Глава 8. Принцип механизма обнаружения инфракрасного излучения.....................
8.1. Приемники инфракрасного излучения '......
8.2. Критерии оценки приемников инфракрасного излучения
8.3. Фотрнные эффекты..............
8.4. Тепловые эффекты . , \. .-»-............
Глава 9. Математический анализ некоторых механизмов обнаружений инфракрасного излучения и ограничений приема фотонными шумами ........ ..........
9.1. Введение..................
9.2. Шумы в приемниках инфракрасного излучения.....
9.3. Математическая теория некоторых механизмов обнаруже-
ния инфракрасного излучения .........
9.4. Теоретический анализ приемников излучения, ограниченных, фотонными шумами""' . . -. ..........,
9.5. Средства достижения характеристики приемника излучения^ ограниченной фотонными шумами........ч
Приложения
I. Определение D^, при измеренном значении D* , . .
II. Предел Хэвенса . .,'.............
••••.'•'•.'' • ' 4,
Глава 10. Сравнительная характеристика основных приемников • инфракрасного излучения ..... . ... . . . . , ,.
10.1. Введение ,. .............. &'
, 10.2. Некоторые общие замечания, относящиеся к фотонны^
. ~". приемникам^ излучения ...... ... . . ^<
10.3.v Фотопроводники из солей свинца . . . . . , ,. ^f"
10.4. Германий . . . . ....... . . . . . . ,.
10.5. Антимонид индия , , , ." . ... . . . . . <{,
10.6. Арсенид индия ., «. . . . . . . . . .•.-.... i,
10.7. Теллур , , .'.'-.- f ... , . , . . . . •«•.-
г ,:'•••• , _ .. • • Стр.
10.8. Сульфид таллия ,............. 438
10.9. Теллурид ртути — теллурид кадмия.......
10.10. Термистор'ный болометр .......-.••• ™о
10.11. Сверхпроводящие болометры.......... 7;У
1U12. Углеродистый болометр........... т"
10ЛЗ. Радиационная термопара ... . • • • • • • • ™
10.14. Элемент Голея...........' • • • • -.„
10.15. Приемники для видимой части спектра ...... **>
'Приложения
' I. Отношение О"Хр (Л^, /, Д/) к\0*(500°К, /, А/) для некоторых приемников ..........• • • • 454
II. Приближенный метод преобразования величины U* Ui, Т, _
А/) в величину О* (Т2, /, Af) .......• • •
III, Полезный частотный диапазон приемника излучения , . , 4?о
Цена: 300руб.
