под углом 19.20 (лучи фп), будет иметь (после прохождения пластин 3 и 6) длину волны Ап = 15.3 мкм и облучать крайнюю правую строку матричного приемника (позиция 10а). (На фиг. 6 показана расчетная зависимость R7 относительной интенсивности этого излучения от длины волны).

Таким образом, любые полихроматические лучи исходного пучка, распространяющиеся под углами ф1 < ф <фп к оси исходного луча в плоскости ZY, будут отфильтрованы, станут монохроматическими лучами с длинами волн, определяемыми их угловой координатой в этой плоскости - углом ф - углом наклона луча к оптической оси фильтруемого пучка.

При этом каждый отфильтрованный монохроматический луч будет сфокусирован в точку, находящуюся на строке матричного приемника, соответствующей этой длине волны.

Очевидно, что в результате такой оптической фильтрации на матрице формируется изображение наблюдаемого объекта, где на каждую строку поступает излучение от оптически сопряженных с ней точек объекта на длине волны, соответствующей порядковому номеру (угловой координате ф) этой строки.

Например, на крайнюю левую строку матрицы с угловой координатой ф = - 0.708 попадает излучение с длиной волны А1 = 5.5 мкм, одновременно на крайнюю правую строку матрицы с угловой координатой ф = - 1.2920 попадает излучение с длиной волны Ап = 15.3 мкм. Одновременно остальные строки также облучаются монохроматическими излучениями с длинами волн, соответствующими их номеру (угловой координате ф). Так на строку, находящуюся в центре матрицы и соответствующую угловой координате ф = 0 попадает излучение с длиной волны Ат = 10 мкм.

Предполагалось, что в расчетных зависимостях интенсивности лучей на выходе пластины 6 от длины волны (показанных на рис. 6) каждый луч испытывает 8 отражений, проходя пластину 3, от границ раздела KCl -воздух и 4 отражения от границ раздела Ge-BaF2, проходя пластину 6.

Приведенные зависимости позволяют сделать оценки ДА - ширины полосы пропускания этого варианта СФИ. Ширина полосы пропускания различна для разных длин волн. Так, например, ширина полосы пропускания (по уровню 0.5) зависимости R1^) ДА = 1.5 мкм, для R2^) ДА = 0.5 мкм, для R3^) и R4^) ДА = 0.1 мкм, для R5^) ДА = 0.2мкм, для R6^) ДА = 0.6мкм, для R7^) ДА = 1.25мкм.

Видно, что в диапазоне между 8 и 12 мкм ширина полосы пропускания СФИ имеет минимальные значения, а при движении в сторону более коротких и более длинных длин волн ширина полосы быстро увеличивается. Положительной стороной подобной зависимости ДА от А, является то обстоятельство, что в диапазоне 9 - 11 мкм находятся максимумы излучения объектов, температуры которых мало отличаются от температуры окружающей среды на поверхности земли и в этом же диапазоне длин волн имеют максимальную обнаружительную способность фотоприемники на основе соединений ртуть-кадмий- теллур.

Определим максимальное число мод, которое можно пропустить через первую пластинку фильтра на длине волны А.

Пусть s1 и s2 - площади поперечного сечения, соответственно, первой (из KCl) и второй (из Ge) пластин и s1 = а1-Ь1, s2 = а2-Ь2, где а1, а2, b1, b2, соответственно, толщина и ширина каждой пластины; пусть а и в - углы падения излучения на входные грани (соответственно, первой и второй пластин) близки к нормальным; пусть плоскость YZ параллельна плоскости чертежа. Наибольшие углы, соответственно, в плоскостях YZ и XZ -ф^ш^ и ф^щ^ , в пределах которых может распространяться фильтруемое излучение через первую пластинку определяется с помощью соотношений 12- 16, приведенных выше.

Таким же образом определяются толщина a2, и максимальное число мод M2 с длиной волны А для второй пластины (пластины из германия).

Максимальное число мод СФИ с длиной волны X будет определяться пластинкой, пропускающей меньшее число мод.

Пусть требуется разработать устройство для спектральной фильтрации с А= 100 на X=10 мкм с числом мод, пропускаемых фильтром и фокусируемых объективом на соответствующую строку не менее 300. Выше было показано, что требуемое разрешение достигается при числе отражений N=8 от поверхностей раздела KCl -воздух и при числе отражений N=4 от поверхностей раздела Ge - BaF2.

Расчеты по приведенным выше соотношениям показывают возможность построения спектрального фильтра со спектральными характеристиками, показанными на фиг. 6 при следующих размерах пластин:

а1= 30 мм; b1= 40мм; а2=30мм; Ь2=40мм; Z01=285мм; Z02=68мм; (где: Z01 и Z02 длины первой и второй пластин, соответственно). При этом число мод (на X=10 мкм), пропускаемых фильтром и фокусируемых объективом на соответствующую строку будет не менее 370. Аналогичным образом рассчитываются максимальные числа точек изображения, пропускаемых спектральным фильтром на каждой длине волны. Например, максимальное число мод (точек изображения), пропускаемых спектральным фильтром на длине волны 15.3 мкм равно 240, что вполне достаточно для получения качественного изображения.

Для получения тепловизионного изображения наблюдаемого объекта в узкой спектральной полосе (на одной из длин волн внутри диапазона Xl- Xn), т.е. для реализации режима spectral imaging (SI) необходимо провести, с помощью прецизионного перемещения (управляемого компьютером) матрицы 10, сканирование по матрице изображения объекта так, чтобы изображение объекта перемещалось в направлении перпендикулярном строкам матрицы. При этом из излучения, исходящего от каждого фрагмента наблюдаемого объекта, отфильтровывается излучение с длиной волны, соответствующей номеру той строки, на один из чувствительных элементов которой в данный момент фокусируется это излучение. Сканирование можно производить дискретными шагами или непрерывно. При шаговом сканировании за каждый шаг изображение каждой точки объекта перемещается на соседнюю строку. За время между двумя последовательными шагами производится регистрация и запись в памяти компьютера сигналов от всех элементов матрицы - запись кадра. В случае непрерывного сканировании запись кадра проводится за время перемещения изображения каждой точки изображения на чувствительный элемент соседней строки. Таким образом,для записи

"многоспектрального" изображения объекта требуется записать число кадров равное числу строк матрацы. Далее из полученного трехмерного (две пространственные и спектральная координаты) массива информации, на монитор можно выводить моноспектральное изображение - изображение объекта в выбранном узком спектральном диапазоне.

Таким образом, предложенный метод спектральной фильтрации может быть использован для построения на его основе устройств, предназначенных для получения изображений объектов в заданных узких спектральных диапазонах.

Литература

1.Chang I.C. // Tunable acoustooptic filtering. An overview, Proc. SPIE, v.90, pp. 12-22, 1976.

2.Волошинов В.Б., Миронов О.В. // Спектральная акустооптическая фильтрация изображений в ближнем ИК диапазоне. Письма в ЖТФ, т.14, №17, с.1541-1544, 1988.

3.Волошинов В.Б., Миронов О.В., Парыгин В.Н. // Видеофильтр на кристалле парателлурита. Вестн. Моск. ун-та, сер.3, т.30, №2, с.41-45, 1989.

4.Suhre D.R., Gottlieb M., Taylor L.H., Melamed N.T. // Spatial resolution of imaging noncollinear acousto-optic filters. Opt. Eng., v.31, pp.2118-2121, 1992.

5 Glenar D.A., Hillman J.J., Saif B., Bergstralh J. // Acousto-optic imaging spectropolarimetry for remote sensing. Appl. Opt., v.33, pp.7412-7424, 1994.

6. Gupta N., Dahmani R., Bennett k., et al. // Progress in AOTF hyperspectral imagers // Proc. SPIE, v.4054, pp.30-38, 2000.

7.В.И. Пустовойт, В.Э. Пожар // ЛАЗЕР ИНФОРМ (Информационный бюллетень лазерной ассоциации). 2004. Июнь. Вып. №11-12 (290-291).

8.М.Е. Schaepman, D. Schlapfer, and A. Muller. // Performance Requirements for Air borne Imaging Spectrometers. Proc. of SPIE. 2002. Vol. 4480. pp. 23-31.

8.Gao Zhan, Kazuhiiko Oka, Tsuyoshi Ishigaki, and Naoshi Bada. // Static Fourier - transform spectrometer based on Savart polariscope. Proc. of SPIE. 2002. Vol. 4480 pp. 198-203.

9.Curtis E. Volin, Jhon P. Garcia, Eustace L. Dereniak, Michael R. Descour. // Midwave-Infrared Snapshot Imaging Spectrometer. Proc. of SPIE. 2002. Vol. 4480 pp. 355-366.

10.R. Glenn Sellar, Glenn D. Boreman, Laurel E. Kirkland. // Comparison of signal collection abilities of different classes of imaging spectrometers. Proc. of SPIE. 2002. Vol. 4816.

11.Robert Harring, Randy Pollock, and Richard Cross // Wide -field -of View Imaging Spectrometr (WFIS) Enginiring Model Laboratory tests and Field Demonstration. Proc. of SPIE Vol. 5152, 2003, 51-59.

12.John Carrano, Jim Brown, Philip Perconti Kenneth Barnard. // Tuning in to detection. SPIE of magazine, April 2004, pp.20-22.

13.Н. Харрик. // Спектроскопия внутреннего отражения. "Мир", Москва, 1970г.

14.А.Н. Зайдель . Г.В. Островская, Ю.И. Островский. // Техника и практика спектроскопии. Из.-во «Наука», Москва, 1976.

15.Е.М. Воронкова, Б.Н. Гречушников, Г.И. Дистлер, И.П. Петров // Оптические материалы для инфракрасной техники. Издательство "Наука", Москва, 1965.

16.М. Адамс // Введение в теорию оптических волноводов, "Мир", Москва, 1984г.

17.Малышев В. И., // Введение в экспериментальную спектроскопию. г. Москва, Изд.

"Наука", 1979 г.

18.Ж. Госсорг. // Инфракрасная термография "Мир", Москва, 1988г.

19.Р.М. Гальярди, Ш. Карп // Оптическая связь. Издательство "Связь", Москва, 1978.