杜瓦瓶器件、冷光阑和冷屏

作者：发布时间：2022-07-13 11:09:26点击：881

热成像系统观察热源时，为获得最大的灵敏度，多数热成像系统使用低温制冷的探测器，探测器工作在77K的液氮或更低的温度。如果这些探测器或红外焦平面阵列（Focal Plane Array，FPA）可以探测到除所观察景物以外的热能量，则灵敏度会降低。另外，如果非景物能量的幅度随视场而变化，通常会看到景物图像变形。为实现最大灵敏度并避免图像变形，要对红外FPA进行低温冷却，并将其安装在绝热杜瓦瓶组件中。

图1所示为一个用于红外成像的探测器-杜瓦瓶组件。图右上角的局部图显示了一个完整的扫描成像红外系统。光（实际是红外辐射）从左面进入较大的透镜，称为聚光光学系统。在形成中间像后，被第二个较小的透镜准直。第二个透镜的另一个目的是聚光光学元件（系统的孔径光阑）成像在扫描反光镜上。光从扫描反射镜后，进入图1中圆圈所围的区域，即下图中显示的探测器-杜瓦瓶组件。

来自扫描反射镜的准直光束首先进入聚焦透镜。该透镜一般处于低温冷却的杜瓦瓶之外，使光束在通过杜瓦瓶窗口后聚焦到FPA上。对于图1中的例子，探测器阵列是沿垂直于图面方向展开的线阵。杜瓦瓶是一个瓶壁为双层并抽真空的瓶子，入射窗必须透射红外辐射，冷指与FPA的末端相接触，以保持FPA处于低温状态。冷指自身是一根由铁或钢制造的高比热金属棒，它被线管缠绕包围，而液氮从线管中被泵过（或其他类似操作）。如此循环，是FPA的末端得到冷却。如图1所示，挡板也称为冷屏或冷光阑，他们位于杜瓦瓶内部，将在后面对它们进行定义。

在前例中，如果各个冷屏直径组成光锥形状，则探测器只能探测到景物能量，屏蔽掉被观测景物以外背景的能量。实际上，将冷屏的直径做得略微大于其所需的直径。