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首页红外光机系统优化设计:自发辐射抑制策略
"基于自发辐射抑制的红外光机系统优化设计" 本文主要探讨了在低背景探测环境下,如何通过优化设计红外光机系统来降低自发辐射的影响,以提高目标信号的检测能力。红外光机系统在面对微弱目标信号时,系统的自发辐射会成为一个显著的干扰因素。文章提出了考虑自发辐射抑制的系统优化设计方案。 首先,文章对比了三种不同类型的光学结构——折反、同轴全反和离轴全反系统在自发辐射抑制方面的性能。研究结果显示,全反系统在抑制自发辐射方面优于折反系统,而离轴全反系统则表现最佳。这表明离轴全反结构能更有效地减少系统内部的热辐射干扰,从而提升系统在低背景条件下的探测性能。 接着,作者从等效黑体辐射温度的角度,讨论了光机系统的工作波段选择、结构优化和构件表面处理的重要性。他们指出,采用甚长波探测可以显著增强在低背景环境中的探测效果,因为甚长波对微弱信号的敏感度更高。此外,光机结构表面的高反射和发黑处理,如果布局得当,也能进一步改善系统的辐射抑制性能。 文章还深入分析了制冷技术在抑制自发辐射中的作用。制冷可以降低系统组件的温度,从而减少热辐射,但制冷效率会随着温度的降低而下降。因此,文章建议采用局部关键面制冷策略,这种策略能在保持系统性能的同时,避免过度制冷带来的效率损失。 该文提供了红外光机系统优化设计的新思路,即通过选择合适的光学结构、工作波段、结构优化以及制冷策略,有效地抑制自发辐射,提高低背景条件下的探测能力。这些方法对于提升红外光机系统的性能,尤其是在军事、天文、环境监测等领域的应用,具有重要的理论和实践价值。
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第 35 卷 第 3 期
2015 年 3 月
Vol. 35, No. 3
March, 2015
光 学 学 报
ACTA OPTICA SINICA
0322003-
基于自发辐射抑制的红外光机系统优化设计
周 军 李 娟 王庆丰 许敏达 张聪跃
北京遥感设备研究所, 北京 100854
摘要 低背景探测的红外光机系统,目标信号很弱,系统自发辐射影响很大。指出了考虑系统自发辐射抑制的红外
光机系统优化设计方法。从有效发射率和等效黑体辐射温度两方面比较了折反、同轴全反和离轴全反结构在自发
辐射 抑制方面的 优劣,发现全反系 统优于折反 系统,离轴全反系 统最优;从等效黑 体辐射温度 的变化,介绍了光 机
系统工作波段优化、结构优化设计和构件表面优化处理,发现甚长波探测在低背景下具有明显优势、光机结构表面
高反和发黑合理布局效果更好;分析了制冷对光机系统抑制自发辐射的作用,发现制冷对自发辐射抑制作用明显,
但制冷温度越低,效率越差,采取局部关键面制冷效果显著。
关键词 光学设计;自发辐射;等效发射率;等效黑体辐射温度;甚长波;制冷
中图分类号 TN202 文献标识码 A
doi: 10.3788/AOS201535.0322003
Optimized Design of Infrared Opto-Mechanical Systems Based on the
Spontaneous Emission Suppression
Zhou Jun Li Juan Wang Qingfeng Xu Minda Zhang Congyue
Beijing Institute of Remote Sensing Equipment, Beijing 100854, China
Abstract For the low background detecting infrared opto- mechanical systems, the signal is very weak and
the spontaneous emission of the system has a large impact. This paper discusses the optimized design of
infrared opto- mechanical systems based on the spontaneous emission suppression. The refraction- reflection
system, coaxial reflection system and off- axis reflection system are compared on the spontaneous emission
suppression in the way of effective emissivity and equivalent blackbody radiation temperature(EBRT). We find
that the reflection system is better than refraction- reflection system and the off- axis reflection system is the
best. From the change of equivalent blackbody radiation temperature, the paper introduces choosing the
wavelength range, the optimized design of opto- mechanical structure and the surface processing. It is
concluded that the even longer wavelength detecting has clearly advantage in the low background and it is
better that the reflective surfaces and black surfaces has reasonable layout. The impact of refrigeration to the
opto- mechanical systems suppressing the spontaneous emission is discussed. We find that refrigeration
system can suppress spontaneous emission obviously, while the efficiency is worse when the refrigeration
temperature is lower. So the crucial surfaces refrigeration can be adopted.
Key words optical design; spontaneous emission; effective emissivity; equivalent blackbody radiation temperature;
even longer wavelength; refrigeration
OCIS codes 290.2745; 290.6815; 220.3620
收稿日期: 2014-08-26; 收到修改稿日期: 2014-09-25
作者简介: 周 军(1988—),男,硕士,助理工程师,主要从事光机系统设计、光机系统杂散辐射分析与抑制方面的研究。
E-mail: zhoujun0330.good@163.com
1 引 言
光机系统中,非目标信号光线被传播到焦平面位置,在焦平面形成一个附加照度,这种非目标信号光线
就是光机系统的杂散辐射。弱信号探测红外光机系统的目标信号十分微弱,对外界和自身杂散辐射十分敏
感。红外光机系统需要抑制的杂散辐射主要 有两类 :视场外光 源产生 的外杂 散辐射 通过散射、衍射等方式
1
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weixin_38515897
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