ВВЕДЕНИЕ...........................................................................................................................................................5
ГЛАВА 1 ПРИЕМНИКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ, ИЗЛУЧАЮЩИХ В ТЕПЛОВОМ И
УЛЬТРАФИОЛЕТОВОМ ДИАПАЗОНЕ. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ...........................................15
1.1 Приёмники изображений тепловых объектов, сравнительный анализ их характеристик..........16
1.1.1 Фотонные приёмники изображений тепловых объектов .......................................................................16
1.1.1.а Фотонные приёмники изображений на основе квантовых ям...........................................................17
1.1.1.б Фотонные приёмники изображений в виде сенсорно-преобразовательных матриц фотодиодов
на основе кадмий-ртуть-теллура .....................................................................................................................20
1.1.1.в Фотонные приёмники изображений на основе матриц из барьеров Шоттки ................................22
1.1.1.г Фотонные приёмники изображений на основе фоторезистивных матриц .....................................23
1.1.2 Болометрические приёмники (БП) изображений....................................................................................25
1.1.3 Пироэлектрические приёмники изображений объектов, излучающих в тепловом диапазоне...........29
1.1.3.а Пироэлектрические приёмники изображений конденсаторной архитектуры................................35
1.1.3.б Пироэлектрические приёмники изображений архитектуры видикона.............................................36
1.1.3.в Пироэлектрические приёмники изображений гибридной резистивно-пироэлектрической
архитектуры.......................................................................................................................................................37
1.1.3.г Пироэлектрические приёмники изображений архитектуры ЭОП ....................................................38
1.2.4 Сравнительная таблица приёмников изображений объектов, излучающих в тепловом диапазоне ..39
1.2 Приемники изображений объектов, излучающих в УФ диапазоне, их сравнительный анализ .41
1.2.1 Твердотельные приёмники изображений УФ объектов .........................................................................44
1.2.1.а Твердотельные приёмники изображений на основе матриц из кремниевых p-n переходных
фотодиодов .........................................................................................................................................................45
1.2.1.б Твердотельные приёмники изображений на основе матриц из p-i-n GaN-AlN фотодиодов ..........48
1.2.1.в Твердотельные приёмники на основе диодов Шоттки.......................................................................51
1.2.2 Вакуумные эмиссионные приёмники изображений объектов, излучающих в УФ диапазоне ...........54
1.2.3 Промежуточные итоги...............................................................................................................................57
1.3 Выводы по материалам первой главы....................................................................................................59
ГЛАВА 2. ПРЕДЛАГАЕМАЯ КОНСТРУКЦИЯ И ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В ДВУХСПЕКТРАЛЬНОМ ОДНОКАНАЛЬНОМ
ПРИЁМНИКЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ ТЕПЛОВЫХ ОБЪЕКТОВ, ВЫПОЛНЕННОМ В АРХИТЕКУРЕ
ЭОП......................................................................................................................................................................62
2.1 Предложенная конструкция, принцип работы .....................................................................................63
2.2 Выбор и обоснование базовых материалов............................................................................................66
2.3 Функциональные блоки изделия и модельные представления. Физические эффекты,
положенные в основу работы изделия ..........................................................................................................68
2.4 Пироэлектрический сенсор-преобразователь........................................................................................70
2.4.1 Координатные зависимости напряженности электрического поля и потенциалов в окрестности
приемной поверхности пироэлектрического сенсора, при различных величинах мощности
проецируемого теплового потока ......................................................................................................................71
3
2.4.2 Спонтанная поляризация и графическое представление координатных зависимостей
напряжённости и потенциалов электрических полей......................................................................................76
2.4.3 Стационарная температурная зависимость абсолютной величины вектора спонтанной поляризации
под действием теплового потока .......................................................................................................................80
2.4.4 Оценка возможного влияния упругих деформаций на информационные электрические потенциалы,
индуцированные тепловым полем в пироэлектрической плёнке ...................................................................84
2.5 Расчёт и оптимизация управляющих потенциалов считывающего узла ........................................86
2.5.1 Расчёты траектории движения фотоэлектронов в рабочем пространстве изделия и оценки потерь
электронов в процессе захвата веществом пироэлектрической плёнки и кремниевой несущей мембраны,
выполненные с учётом спонтанной поляризации пироэлектрической плёнки.............................................88
2.5.2 Компенсация потенциала спонтанной поляризации. Расчёты траектории движения фотоэлектронов
в условиях вариации геометрии плёнки, потенциалов плёнки, и окружающих электродов, с целью
оптимизации процессов считывания потоком фотоэлектронов потенциального рельефа картины
изображения теплового объекта вблизи поверхности пироэлектрической плёнки......................................99
2.6 Влияние эффекта кулоновского взаимодействия на процессы считывания в двухспектральном одноканальном приёмнике изображений объектов, излучающих в тепловом
диапазоне...........................................................................................................................................................130
2.7 Выводы по материалам второй главы..................................................................................................131
ГЛАВА 3. ПРЕДЛАГАЕМАЯ КОНСТРУКЦИЯ И ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В ДВУХСПЕКТРАЛЬНОМ ОДНОКАНАЛЬНОМ
ПРИЁМНИКЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ УФ ОБЪЕКТОВ, ВЫПОЛНЕННОМ В АРХИТЕКТУРЕ ЭОП 133
3.1 Предложенная конструкция, принцип работы. Выбор и обоснование базовых материалов ....133
3.2 Функциональные блоки изделия и модельные представления. Физические эффекты,
положенные в основу его работы.................................................................................................................136
3.3 Функциональная интеграция базовых физических эффектов и процесс считывания
информации приёмником изображений УФ объектов ............................................................................137
3.4. Анализ картин изображений на примерах распознавания УФ объектов в привязке к
окружающей местности .................................................................................................................................152
3.5 Выводы по материалам третьей главы ................................................................................................154
ГЛАВА 4. РАСЧЁТНАЯ МОДЕЛЬ ВХОДНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ
ОДНОКАНАЛЬНОГО 2-Х СПЕКТРАЛЬНОГО ПРИЁМНИКА ЭОП АРХИТЕКТУРЫ................155
4.1 Принцип формирования оптической схемы входного объектива одноканального двухспектрального приёмника изображений ....................................................................................................155
4.2 Расчет оптической схемы входного объектива и учет влияния входного окна ЭОП..................156
4.3 Результаты расчётов.................................................................................................................................163
4.4 Выводы по материалам четвертой главы............................................................................................164
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА СТЕНДА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК
ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЁНОК. ОТРАБОТКА МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ ВЕЛИЧИНЫ
ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА МЕТОДОМ ДИНАМИЧЕСКОЙ ЁМКОСТИ.........165
5.1 Задачи и функциональные возможности измерительного стенда...................................................166
5.2 Блок-схема и принципиальная схема измерительного стенда.........................................................167
4
5.3 Основные физические принципы и уравнения, положенные в основу метода динамической
ёмкости..............................................................................................................................................................167
5.4 Технология измерений (последовательность предварительных процедур и калибровка),
методики измерений .......................................................................................................................................168
5.5 Методика определения расстояния (зазора) между считывающим электродом и исследуемым
образцом............................................................................................................................................................169
5.6 Методика определения амплитуды колебаний считывающего электрода ...................................172
5.7 Процедура измерения калибровочных образцов. Процедура измерений рабочих образцов.
Результаты измерений ...................................................................................................................................174
5.8 Выводы по материалам пятой главы....................................................................................................177
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...............................................................................................................................................178
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.............................................................180
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ.................................................................................................................................180
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .............................................................................................................................181
ПРИЛОЖЕНИЕ А Патент на изобретение «Одноканальный двухспектральный приемник
изображений объектов, излучающих в ультрафиолетовом дипазоне».................................................193
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Патент на изобретение «Фотокатод» ........................................................................194
ПРИЛОЖЕНИЕ В Патент на изобретение «Фотокатод для одноканального двухспектрального
эмиссионного приемника УФ изображений».............................................................................................195
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Программа для расчёта пространственных распределений электрических
полей и потенциалов для произвольной геометрии, и траекторий фотоэлектронов ........................196
