Urządzenia i systemy optoelektroniczne

Urządzenia i systemy optoelektroniczne to podręcznik, który w przystępny, a zarazem systematyczny sposób wprowadza Czytelnika w świat nowoczesnych technologii XXI wieku, łączących optykę, fotonikę i elektronikę. Stanowi kompendium wiedzy z jednej z najszybciej rozwijających się dziedzin techniki – od fundamentalnych zjawisk fizycznych, poprzez zasady działania kluczowych komponentów, aż po analizę zaawansowanych systemów optoelektronicznych znajdujących zastosowanie w nauce, przemyśle, medycynie oraz technice wojskowej. W książce omówiono m.in.: • fundamentalne zjawiska fizyczne stanowiące podstawę działania elementów, urządzeń i systemów optoelektronicznych, • półprzewodnikowe źródła i detektory promieniowania optycznego, w tym lasery oraz matryce detektorów, • podstawy techniki światłowodowej oraz jej zastosowania w systemach transmisyjnych i pomiarowych, • systemy noktowizyjne i termowizyjne wraz z analizą ich parametrów użytkowych, • optoelektroniczne metody detekcji i identyfikacji substancji, • laserowe systemy pomiaru odległości i detekcji (dalmierze, lidary), • łącza optoelektroniczne w wolnej przestrzeni (FSO) oraz wybrane rozwiązania hybrydowe, • zastosowania technologii optoelektronicznych w systemach specjalnych i wojskowych. Dzięki połączeniu przystępnego opisu naukowego z wieloma przykładami praktycznych zastosowań podręcznik stanowi cenne źródło wiedzy dla osób zajmujących się nowoczesnymi technologiami sensorowymi i robotycznymi, systemami bezpieczeństwa oraz autonomicznymi platformami mobilnymi. Może być również inspiracją do tworzenia własnych rozwiązań w jednej z najbardziej dynamicznie rozwijających się dziedzin techniki. To pozycja obowiązkowa dla inżynierów i studentów takich kierunków jak elektronika, telekomunikacja, mechatronika, automatyka, inżynieria kosmiczna i satelitarna czy technika wojskowa, a także wszystkich poszukujących rzetelnego i aktualnego źródła wiedzy o współczesnych systemach optoelektronicznych.

Spis treści

Przedmowa 9 Wykaz ważniejszych oznaczeń 13 Wykaz ważniejszych skrótów 17 Rozdział 1. Zjawiska fizyczne będące podstawą pracy urządzeń i systemów optoelektronicznych 21 1.1. Widmo promieniowania optycznego 21 1.2. Absorpcja promieniowania i mechanizm powstawania linii widmowych 24 1.3. Promieniowanie ciała doskonale czarnego 28 1.4. Wybrane zjawiska optyki geometrycznej 34 1.5. Właściwości transmisyjne atmosfery i środowiska wodnego 41 Rozdział 2. Źródła promieniowania optycznego 49 2.1. Diody LED i OLED 49 2.2. Lasery 56 2.3. Modulacja promieniowania optycznego 77 2.4. Wzmacniacze optyczne 79 2.5. Bezpieczeństwo pracy z laserami 81 Rozdział 3. Detektory promieniowania optycznego 85 3.1. Ogólna charakterystyka detektorów promieniowania optycznego 85 3.2. Detektory termiczne 95 3.3. Detektory fotonowe 102 3.4. Matryce CCD i CMOS 113 3.5. Układy chłodzenia detektorów 117 Rozdział 4. Systemy światłowodowe 123 4.1. Zasada działania i rodzaje światłowodów 123 4.2. Elementy światłowodowych torów optycznych 131 4.3. Połączenia spawane 137 4.4. Łącza światłowodowe 138 4.5. Światłowodowe czujniki wielkości nieelektrycznych 143 Rozdział 5. Noktowizja 153 5.1. Budowa i zasada pracy noktowizorów 156 5.2. Rodzaje urządzeń noktowizyjnych 161 5.3. Wzmacniacze ICCD/ICMOS 165 5.4. Noktowizory cyfrowe 166 5.5. Aktywne urządzenia noktowizyjne z bramkowaniem czasowym 167 5.6. Przykładowe zastosowania urządzeń noktowizyjnych 168 Rozdział 6. Termowizja 175 6.1. Budowa, zasada działania i rodzaje kamer termowizyjnych 177 6.2. Układy optyczne stosowane w kamerach podczerwieni 180 6.3. Detektory do kamer termowizyjnych 182 6.4. Parametry kamer termowizyjnych 190 6.5. Przykładowe zastosowania urządzeń termowizyjnych 195 Rozdział 7. Optoelektroniczne czujniki gazów 207 7.1. Czujniki emisyjne 208 7.2. Czujniki rozproszeniowe 211 7.3. Czujniki absorpcyjne 215 7.4. Czujniki NDIR 216 7.5. Czujniki TLAS 217 7.6. Absorpcyjna spektroskopia z komórkami wieloprzejściowymi 220 7.7. Układy detekcji różnych związków z zastosowaniem spektrometru Fouriera 223 7.8. Czujniki DOAS 225 7.9. Czujniki CRDS i CEAS 226 7.10. Czujniki fotoakustyczne 231 Rozdział 8. Dalmierze laserowe 237 8.1. Dalmierze impulsowe 240 8.2. Dalmierze fazowe 244 8.3. Laserowe dalmierze triangulacyjne 247 Rozdział 9. Lidary 251 9.1. Budowa, zasada działania i rodzaje lidarów 251 9.2. Lidar błyskowy 254 9.3. Lidar rozproszeniowy 256 9.4. Lidar absorpcji różnicowej 258 9.5. Lidar fluorescencyjny 261 9.6. Lidar ramanowski 263 9.7. Lidar dopplerowski 264 Rozdział 10. Bezprzewodowa łączność optyczna 267 10.1. Rodzaje bezprzewodowych systemów łączności optycznej 268 10.2. Budowa i zasada pracy systemu optycznej łączności bezprzewodowej 269 10.3. Wybór długości fali promieniowania laserowego 271 10.4. Optyczne systemy transmisji danych wewnątrz budynków 274 10.5. Systemy łączności podwodnej 276 10.6. Łączność optyczna między węzłami ruchomymi 279 10.7. Zastosowania specjalne systemów FSO 280 10.8. Łącza hybrydowe FSO/RF 282 Rozdział 11. Wybrane systemy optoelektroniczne stosowane w wojsku 287 11.1. Podświetlacze laserowe 287 11.2. Systemy ostrzegania przed opromieniowaniem laserowym 289 11.3. Systemy naprowadzania środków rażenia w wiązce laserowej 293 11.4. Broń laserowa 297 11.5. Laserowe symulatory strzelań 301 11.6. Olśniewacze laserowe 303 11.7. Systemy obserwacji dookólnej 305 Skorowidz 311 O autorach 317