成像器件和调制器件课件

成像器件和調製器件變像管＆像增強管一、典型結構與工作原理物鏡目鏡陰極陽極螢光屏目標物所發出某波長範圍的輻射通過物鏡在半透明光電陰極上形成目標的像，引起光電發射。陰極面每一點發射的電子束密度正比於該點的輻照度。這樣，光陰極將光學圖像轉變成電子數密度圖像。通過陽極的電子透鏡作用，使陰極發出的光電子聚焦成像在螢光屏上。螢光屏在一定速度的電子轟擊下發出可見的螢光，最終，在螢光屏上便可得到目標物的可見圖像。塗在光陰極面上的材料若對紅外或紫外光線敏感，則為變像管，若只對微弱的可見光敏感，則為像增強管。二、性能參數1、光電陰極靈敏度光陰極的量子效率決定了管子的靈敏度，量子效率對波長的依賴性決定了管子的光譜回應，光陰極的暗電流＆量子效率決定了像的對比度＆最大信噪比，對比度＆信噪比又決定了照度最低情況下的解析度。2、放大率＆畸變螢光屏上像點到光軸的距離與陰極面上對應點到光軸距離之比稱為變像管點所在環帶的放大率β。畸變：D=β/β0-1若D>0,則為枕形畸變，D<0，則為桶形畸變。3、亮度轉換增益光出射度輻照度發光效率靈敏度額定陽極電壓光陰極的有效接收面積螢光屏的有效發光面積4、鑒別率一般指在照度足夠的情況下（以100勒克斯為宜），通過變像管或像增強管所剛剛分辯處的黑白條紋數目。5、暗背景亮度在無光照下，光陰極產生的暗電流在陽極電場的作用下轟擊螢光屏使之發光，這時螢光屏的亮度稱之為暗背景亮度。6、觀察靈敏閾在極限觀察下，光電陰極的極限照度稱為觀察靈敏閾。三、像增強管的級聯（一）串聯式像增強管1、磁聚焦三級串聯式像增強管光電陰極分壓電阻二次電子倍增膜螢光屏電極環磁聚焦線圈它由三只單級像管首尾相接，每只單級像管的高壓電源通過電阻分壓器加在電極環上，使管內產生均勻電場。管外加長螺管線圈，用以產生軸向均勻磁場。兩級中間連接處違夾心片結構，中間為透明雲母片，它的前面為螢光屏，後面為光電陰極，兩者的頻譜特性正好品配。特點：像差小，像質好，但消耗功率大，體積笨重。2、電聚焦三級串聯像增強管光陰極面螢光屏A層A層A層A1A2A3靶靶加速＆聚焦全由電子透鏡來實現。重量輕，功耗低，但像差大，產生像散＆場曲，像質差。（二）級聯式像增強管光電陰極光學纖維面板陽極螢光屏光學纖維面板光纖維板是由很多極細的光學纖維玻璃絲緊密排列並聚熔而成。其傳光效率高，且端面可加工為各種所需要的形狀。提高了管子的靈敏度。缺點是邊緣增益大。常用於夜視、微光電視領域。級聯式像增強管單管結構圖（三）微通道式像增強管微通導管管殼光電陰極在入射光線的照射下發出光電子，它們分別沿著各個小的微通導管不斷地二次電子倍增，倍增後的電子射到螢光屏上，便顯示出明亮的光學圖像。它分為兩類：近聚焦微通道像增強管＆靜電聚焦微通道像增強管。優點：體積小，重量輕，可通過調整偏壓來調整增益，且具有自動放強光的能力。缺點：雜訊大。外形結構光調製器件利用各種物理效應能夠對光的振幅、頻率、相位、偏振狀態和傳播方向等參量進行調製的器件。要求：性能穩定、調製度高、損耗小、相位均勻、有一定的帶寬。工作基礎：物質對外來作用產生各種物理效應，如電光效應、聲光效應、磁光效應。

光調製就是將一個攜帶資訊的信號疊加到載波光波上,完成這一過程的器件稱為調製器。調製器能使載波光波的參數隨外加信號變化而變化，這些參數包括光波的振幅、位相、頻率、偏振、波長等。比如,承載資訊的調製光波在光纖中傳輸，再由光探測器系統解調，然後檢測出所需要的資訊。電光器件介質受到外電場作用，折射率隨外加電場變化，介電係數和折射率都與方向有關，用張量描述，光學性質為各向異性；不受外電場作用時，介電係數和折射率都是標量，與方向無關，在光學性質上是各向同性。電光效應兩種：折射率的變化量與外電場強度的一次方成比例，POCKELS，光學介質為具有電光效應的液體有機化合物；成平方關係為KERR效應，光學介質為非中心對稱的壓電晶體。

性能參數半波電壓透過率調製帶寬消光比聲光器件原理磁光器件原理法拉弟發現，許多物質在磁場的作用下可使穿過它的平面偏振光的偏振方向旋轉（在光的傳播方向上加上強磁場時）法拉弟效應（磁致旋光效應）Ｈd

振動面旋轉的角度由經驗公式給出：

式中為靜磁通量，為光所穿越的媒質長度，是比例因數，稱費爾德常數，一種特定媒質的費爾德常數隨頻率和溫度而變。實際例子對於氣體，約為，固體和液體為的量級。如對於1釐米長的樣品，高斯的磁場，，此時振動面將轉動。顯然，法拉弟效應可用來設計光調製器，欲提高效率必須每單位長度的材料對光的吸收要儘量小，而偏振面旋轉的角度要儘量大，為此，人們研製了許多奇特的鐵磁材料，如ＬeCraw

利用人工生長的釔鐵石榴石（YIG）磁性晶體，它的費爾德數可以達到

(對波長，溫度範圍)。

利用法拉第效應測磁場

實驗裝置圖

調製電壓恒定磁場起偏器起偏器

線偏振光從左面進入晶體，橫向的直流磁場使YIG晶體在此方向上引起磁化飽和，而總的磁化強度向量（由恒定磁場和線圈磁場所引起）可以改變方向，它對晶體軸的傾斜角度正比於線圈中的調製電流。因為法拉弟旋轉依賴於磁化強度的軸向分量，所以線圈電源控制了角，檢偏器按照馬呂定律把這一偏振調製轉換為振幅調製。也就是說，要傳遞的資訊作為調製電壓加線上圈上，則出射的雷射光束以振幅變化的形式攜帶著資訊。應當指出的是，應將法拉弟旋轉和光性旋轉加以區別，所指光性旋轉，是指入射線偏振光的電場振動面在旋光材料中連接地旋轉的現象。這種現象的一個特點是旋轉方身與傳播方向有關，當光線正反兩次通過一個光性物質時，總旋轉角度為零，而法拉弟旋轉是與光傳播方向無關的，正反兩次通過法拉弟材料後，總的旋轉角度為。法拉弟旋轉和光性旋轉之區別這樣，為了獲得更大的法拉弟效應，可以將放在磁場中的法拉弟材料做成平行六面體，使通光面對光線方向稍偏離垂直位置，並將兩面鍍層反射膜，只留入