Научный архив: статьи

Статья посвящена разработке проекционного зеркально-линзового объектива оптического зонда для стенда измерения фотоэлектрической связи инфракрасных многоэлементных фотоприемных устройств диапазона спектра 2,7─3,2 мкм. В ходе работы было проведено математическое моделирование, подтвердившее возможность контроля фотоприемных устройств диапазона 2,7─3,2 мкм по методике, приведенной в ГОСТ 17772, а также определены основные требования к качеству изображения и точности позиционирования объектива, проведен синтез оптической системы.

Приведены результаты разработки ультрафиолетового объектива, построенного на основе двух склеенных компонентов. Объектив обладает достаточно высоким качеством изображения и предназначен для использования в оптико-электронных приборах, построенных на основе матричных фотоприемников формата 320×256 с шагом 30 мкм. В статье также приведены результаты измерения пятна рассеяния объектива.

Приведены результаты измерения фотоэлектрической связи матричного фотоприемного устройства ультрафиолетового диапазона спектра, созданного в ОАО «НПО «Орион». Фотоприемное устройство изготовлено на основе эпитаксиальных гетероструктур AlGaN на подложке GaN с помощью разделения верхних эпитаксиальных слоев на мезаобласти. Приведена схема установки. Измерения показали нетривиальный результат – отрицательную величину коэффициента фотоэлектрической связи, то есть падение уровня темнового сигнала на некоторых фоточувствительных элементах, окружающих засвечиваемый элемент.

В статье представлена модель многорядного матричного фотоприемного устройства (МФПУ) с режимом временной задержки и накопления (ВЗН), предназначенного для регистрации точечных источников оптического излучения в ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне спектра. С использованием модели решены некоторые задачи метрологии, например расчет коэффициента ослабления амплитуды выходного сигнала ВЗН-МФПУ с фильтрами верхних частот на входе большой интегральной схемы (БИС) считывания при равномерной засветке матрицы фоточувствительных элементов (ФЧЭ) модулированным излучением абсолютно черного тела (АЧТ). Также произведена оценка формы выходного сигнала, создаваемого точечным источником оптического излучения при различных характеристиках электронного тракта МФПУ. Произведен расчет частотноконтрастных характеристик (ЧКХ) многорядных МФПУ с различными параметрами. Представлены выходные изображения модели при наличии в фокальной плоскости объектива цели и пространственно — неоднородного фонового изображения.

Приведены результаты разработки стенда, предназначенного для автоматизированного измерения параметров матричных фотоприемных устройств на основе InGaAs. Стенд позволяет проводить измерения удельной обнаружительной способности, вольтовой чувствительности, динамического диапазона, а также проводить поиск дефектных элементов. В статье рассмотрены вопросы отличия методик измерения параметров фотоприемных устройств первого и второго поколений, приведены методики расчета параметров матричных фотоприемных устройств на основе InGaAs.

Приведены результаты разработки установки исследования спектральной характеристики ультрафиолетового матричного фотоприемного устройства в диапазоне спектра 190—540 нм. Описан основной функционал установки и рассмотрен вопрос методики измерения.

Приведены результаты разработки светосильного двухдиапазонного инфракрасного объектива, построенного на основе четырех сферических компонентов. Объектив обладает качеством изображения, близким к дифракционному, и высоким пропусканием без просветления компонентов объектива. Одновременно в статье приведены результаты расчетных исследований по применению объектива с современными двухдиапазонными фотоприемными устройствами на основе КРТ и QWIP (SLS II type).

Показано влияние низкочастотных шумов на точность измерения сигнала, получаемого с фотоприемных устройств второго и третьего поколений. В работе приведена методика определения величины сигнала и рассмотрены характерные для фотоприемных устройств второго и третьего поколений виды шумов и их спектры, и сделан вывод о том, что их предположительно спектр шума — «розовый». Показано, что в общем случае увеличение числа выборок не приводит к существенному увеличению точности определения величины сигнала. Проведено математическое моделирование влияния низкочастотных шумов на точность определения величины сигнала. Сделан вывод о том, что для повышения достоверности измерений сигнала с фотоприемных устройств, работающих при малом времени накопления, необходимо прореживание входных данных с целью увеличения времени измерения.

Проведена оценка точности измерения основных параметров спектральной характеристики: границ спектральной чувствительности по уровню сигнала 0,1, длины волны, соответствующей максимальной чувствительности, коэффициента использования и скорости его изменения от температуры для матричных фотоприемных устройств на основе InGaAs. Исходными данными для расчета являлись требования нормативной документации к точности измерения фотосигнала и данные о точности измерения опорного фотоприемного устройства. Оценка точности, полученная с помощью математического моделирования методом Монте-Карло, показала наличие систематической погрешности при выполнении измерений.

Приведены результаты расчета требований к качеству поверхностей входных окон фотоприемных устройств второго поколения средневолнового и дальневолнового инфракрасного (ИК) диапазонов спектра. Для расчета требований был проведен аналитический обзор представленных в России ИК-объективов и фотоприемных устройств. На основе данного обзора были сформулированы требования к современным оптическим системам средневолнового и дальневолнового ИК-диапазонов спектра и проведен их синтез. Расчет требований к качеству изготовления входных окон был проведен на основе анализа допусков синтезированных оптических систем.

Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований по влиянию динамического диапазона на точность измерения функции рассеяния точки (ФРТ) оптических систем. Показано, что для корректного измерения ФРТ и расчета на ее основе пятна рассеяния по заданному уровню концентрации энергии необходимо использование фотоприемных устройств ФПУ, обеспечивающих реальный динамический диапазон при оцифровке не менее 14 бит.

Проведена оценка точности измерения границ спектральной чувствительности по уровню сигнала 0,1, длины волны максимальной чувствительности и коэффициента использования для матричных фотоприемных устройств на основе AlGaN. Исходными данными для расчета являлись требования нормативной документации к точности измерения спектральной характеристики опорного фотоприемника, а также данные о шумах фотосигналов. Оценка точности, полученная с помощью математического моделирования методом Монте-Карло, показала наличие систематической погрешности при выполнении измерений, а также значительное влияние ошибок измерений на расчет коэффициента использования. Вместе с тем стоит отметить, что в реальных условиях измерения суммарный вклад случайных и систематических ошибок составляет не более 7 %, что существенно меньше величины, приведенной в нормативной документации.