基于散射模型设计外遮光罩

通过对粗糙表面散射情况的分析发现,普通金属材料的表面散射能量主要集中在10°散射角内。针对这种现象,提出了基于该散射特性的光学系统外遮光罩设计方法,该遮光罩的杂散光抑制角比基于反射理论计算的大5°,具有良好的散射杂散光的抑制作用。最后以Ritchey-Chirtien(R-C)光学系统为例,为其设计了合适的遮光罩,并在TracePro软件中对比性地建模、分析。结果证明了该模型的正确性,且该遮光罩对抑制杂散光起到了很好的效果,点源透射比(PST)相对较低。     

光学镜面洁净度对激光传输特性的影响(英文)

光学系统性能的优劣与光学镜表面的散射情况息息相关.根据米氏理论并利用MATLAB软件,对可见光(0.632 8μm)、近红外光(1.053μm)和热红外光(10.6μm)三种激光在干净、基本洁净(洁净度200)、轻度污染(洁净度500)及重度污染(洁净度750)四种光学镜面洁净度下镜面的双向反射分布函数进行了模拟计算.结果表明:光学镜面的表面粗糙度和表面洁净度影响镜面的双向反射分布函数.进而对光学系统的性能会产生显著的影响,且波长越短,双向反射分布函数越大,散射越复杂.这为光学工程中光学镜面的污染评估和镜面清洁提供有益帮助.     

真实加工表面后向散射特性分析及表面参数反演

无合作目标激光绝对测距中,远距离、真实表面的后向散射特性机理不明朗,严重影响测距结果,是制约测距技术发展的重要瓶颈。以立铣、平铣、平磨等三种典型实际机械加工方式下的粗糙表面为研究对象,测量了在1 550 nm红外激光照射下形成的后向散射场,探究了不同加工方式下特殊后向散射场形成的原因,深入分析了表面纹理、入射方位角、入射角度、粗糙度对后向散射场分布的影响。实验结果分析表明,加工制造表面的后向散射光谱形态分布受加工方式的影响很大,且相互入射几何关系和粗糙度对每种加工方式下的实际粗糙表面均有规律性影响。为了能够获取足够的后向散射能量,对表面参数的识别反演显得十分重要。进一步构建了一种加工表面多维参数反演模型,采用另外一种加工方式(刨床)的样块数据进行验证,加工方式能够被准确区分,入射方位角和粗糙度反演的相对误差分别达到1.21%和1.03%,反演精度较高。经实验验证,通过表面参数的反演极大拓宽了无合作目标激光绝对测距的范围,有效降低了表面纹理、入射方位角、粗糙度等对测距范围的影响。这一研究结果还对具有纹理特征加工表面的后向散射光谱的研究和在其他领域的应用均具有一定的参考价值。     

适合在微机上使用的杂光分析方法

提出了一种适用于微机条件的杂光分析方法,用接近大型杂光分析软件的分块计算方式计算主反射镜的一次散射、遮光筒-主镜的二次散射以及筒边的衍射散射,可用于估计遮光完善光学系统的杂光水平.实例计算表明,分析结果十分近似大型软件APART的结果.     

非共线和频过程中的表面散射杂散光分析

以三次谐波自相关测量原理为出发点,研究了其和频过程中BBO晶体的表面散射杂散光。详细推导了由晶体表面散射引入的杂散光的具体表达式,定量分析了其对和频过程中输出信号的对比度的影响。分析表明,杂散光强度与晶体表面粗糙度有一定的关系。晶体表面粗糙度为激光波长的1%时,引入的杂散光噪声约为10-8。表面越光滑,引入的噪声越小。     

红外探测系统自身热辐射杂散光的分析

设计了Ritchey-Chretien(R-C)型红外探测系统及其遮光罩,运用软件TracePro建立了结构模型,通过光线追迹分析了系统的几个关键内表面自身热辐射杂散光。给出了温度范围为250K~320K时,几个关键内表面热辐射产生的杂散光光子数随温度变化的关系。计算了天空背景的杂散光,同时给出了单像元接收到的杂散光光子数增加的速率随温度变化的关系。分析结果表明,常温下使用没有主镜筒的开架式望远镜结构对减小杂散光的效果并不明显。如果要实现背景限探测,系统主镜内遮光罩的温度至少降低至230K。     

折反射式空间相机光学系统设计与杂散光抑制

针对同轴两反射镜光学成像视场角受限、大视场角下成像对比度较低的问题,采用透镜组作为像差校正组,合理分配光学系统的光焦度及间距,来扩大两反射结构的成像视场角,提升相机全视场内的成像质量。以某一工程应用需要为例,设计并研制了焦距为750 mm、视场角2ω=3.45°、全视场平均传递函数在108 lp/mm处优于0.2的相机光学系统,且在未使用主镜筒外遮光罩的前提下,优化设计了次镜遮光罩以实现杂散光抑制。采用TracePro软件进行相机杂散光环境建模仿真,结果表明:在非成像视场角内的杂散光点源透过率(PST)的量值范围为10-3～10-6。系统满足传统地面目标探测成像要求,验证了紧凑型大视场折反射光学杂散光抑制结构的可行性,并为商用同轴折反射光学系统设计及优化提供了一定的参考。     

利用总积分散射仪对光学薄膜表面散射特性的研究

利用总积分散射仪对不同条件下制备的金属银膜、Y₂O₃稳定ZrO₂（YSZ）薄膜、TiO₂薄膜和1064 nm与532 nm双波长增透膜的表面均方根（RMS）粗糙度和散射特性的变化规律进行了系统研究,并与样品的制备条件、生长过程、材料组成及光学特性等各方面相结合,对测量结果做出了合理解释,从而使总积分散射测量在其他领域的研究得以扩展和应用. 关键词： 光学薄膜 表面散射 总积分散射仪     

实际加工表面红外激光散射特性的实验研究

为了研究激光在实际加工表面的散射特性,利用分辨率为10 nW的激光功率计PM100D,波长为1550 nm的激光器和精密转台,自行设计并搭建了半球空间中目标表面散射特性的测量系统. 以典型的刨床加工的若干标准粗糙度比较样块为被测目标,在1550 nm红外激光以不同方位照射下,测量了微观具有V形槽结构的不同粗糙度的样块表面的散射功率分布. 实验结果转换成双向反射分布函数后,对比分析了入射光方位、入射角和表面粗糙度对此类典型表面散射特性的影响,并分析了特殊散射场形成的原因. 结果表明,表面纹理、入射角以及粗糙度均对目标表面的散射特性有规律性影响,这一结果对于具有规律性加工纹理表面的散射特性的研究和建模有一定的参考价值,对激光技术在实际加工表面的应用研究提供了一定的基础. 关键词： 散射特性 双向反射分布函数 红外激光 实际加工表面     

电子束蒸发氧化锆薄膜的粗糙度和光散射特性

利用电子束蒸发工艺，以Ag层为衬底，沉积了中心波长为632.8nm的氧化锆(ZrO₂)薄膜，膜层厚度在80—480nm范围内变化.研究了不同厚度样品的粗糙度变化规律和表面散射特性.结果发现，随着膜层厚度的逐渐增加，其表面均方根(RMS)粗糙度和总积分散射(TIS)均呈现出先减小后增大的趋势.利用非相关表面粗糙度的散射模型对样品的TIS特性进行了理论计算，所得结果与测量结果相一致. 关键词： 氧化锆 表面粗糙度 标量散射 电子束蒸发     

The dynamic angle-limited integrated scattering (DALIS) method for measuring scattering of light from optical surfaces with random roughness

A new and simple dynamic angle limited integrated scattering (DALIS) method is developed to examine optically smooth reflective surfaces with defined surface form. Our experimental results from two systems show advantages over conventional angle resolved scattering measurement (ARS) methods. By collecting scattered light in a given solid angle, our methods do not require a detection unit with an extremely large dynamic range. Unlike in the common ARS measurement method, here we use a simple linear translation stage to scan scattered light. The power spectrum density function and the autocorrelation function of the surface roughness can be recovered from the measured scattering pattern. This method can be applied to in-workshop inspection of optical polishing processes.     

The angle-limited integrated scattering (ALIS) measurement system for in-workshop inspection of the optical polishing process

A simple angle-limited integrated scattering (ALIS) measurement technique is described. The relation between the measured scattering within a limited solid angle (ALIS) and the root-mean-square (RMS) roughness of the surface under test is investigated. The technique is applied to the in-workshop inspection of the optical polishing process.     

Investigation of interface roughness cross-correlation properties of optical thin films from total scattering losses

The interface roughness and interface roughness cross-correlation properties affect the scattering losses of high-quality optical thin films. In this paper, the theoretical models of light scattering induced by surface and interface roughness of optical thin films are concisely presented. Furthermore, influence of interface roughness cross-correlation properties to light scattering is analyzed by total scattering losses. Moreover, single-layer TiO₂ thin film thickness, substrate roughness of K9 glass and ion beam assisted deposition (IBAD) technique effect on interface roughness cross-correlation properties are studied by experiments, respectively. A 17-layer dielectric quarter-wave high reflection multilayer is analyzed by total scattering losses. The results show that the interface roughness cross-correlation properties depend on TiO₂ thin film thickness, substrate roughness and deposition technique. The interface roughness cross-correlation properties decrease with the increase of film thickness or the decrease of substrates roughness. Furthermore, ion beam assisted deposition technique can increase the interface roughness cross-correlation properties of optical thin films. The measured total scattering losses of 17-layer dielectric quarter-wave high reflection multilayer deposited with IBAD indicate that completely correlated interface model can be observed, when substrate roughness is about 2.84 nm.     

Surface roughness investigation of semi-conductor wafers

Conventionally, surface roughness is predominantly determined through the use of stylus instruments. However, there are certain limitations involved in the method, particularly when a test specimen, such as a silicon wafer, has a smooth mirror-like surface. Hence, it is necessary to explore alternative non-contact techniques. Light scattering has recently been gaining popularity as an optical technique to provide prompt and precise inspection of surface roughness. In this paper, the total integrated scattering (TIS) model is modified to retrieve parameters on surface micro-topography through light scattering. The applicability of the proposed modified TIS model is studied and compared with an atomic force microscope. Experimental results obtained show that the proposed technique is highly accurate for measuring surface roughness in the nanometer range.     

银薄膜对光学基底表面粗糙度及光散射的影响

为了研究金属银薄膜与光学基底表面粗糙度和光散射的关系,提出了通过对光学薄膜矢量散射公式积分来获得界面粗糙度完全相关模型和完全非相关模型下其表面的总反射散射的方法.理论计算了光学基底上两种模型在不同厚度银膜下的总反射散射和双向反射分布函数.结果表明,当沉积在光学基底上的银薄膜的厚度大于80 nm后,两种模型下计算的银薄膜的表面总反射散射都等于基底的总积分散射,银薄膜能较好地复现出基底的粗糙度轮廓.实验研究表明为了复现基底的粗糙度,银薄膜的最佳厚度应在80~160 nm之间.     

光学表面光散射特性分析

通过对光学表面光散射特性的研究,结果表明:光散射强度随入射光波长的增加而减小,随表面粗糙度增加而增加.     

空间遥感器高体份SiC/Al复合材料反射镜组件设计

为消除反射镜与支撑结构材料线胀系数差异产生的热变形对反射镜面形精度、系统成像质量的影响, 采用高体份SiC/Al复合材料作为新型反射镜组件的材料。首先, 通过合理的结构设计及有限元分析比较, 确定了Ф600 mm口径反射镜结构参数, 然后, 对反射镜组件进行了静力学和动力学分析, 在1 g重力载荷作用下, 反射镜X、Y、Z方向去除刚体位移后的镜面变形RMS值分别为12.6, 12.7, 12.6 nm, 达到了λ/50(λ=632.8 nm)。最后, 为了验证高体份SiC/Al复合材料反射镜组件的结构性能及检验结构在振动条件下的抗干扰能力, 对反射镜组件进行了力学试验, 反射镜组件的一阶谐振频率为556.6 Hz。力学试验前后, 反射镜镜面面形误差RMS分别为0.021λ、0.025λ, 没有明显变化。实验结果表明:高体份SiC/Al复合材料反射镜达到了与SiC材料反射镜相同的设计指标要求, 能够满足空间应用。     

Experimental investigation of a modified Beckmann-Kirchhoff scattering theory for the in-process optical measurement of surface quality

An experimental investigation of a modified Beckmann-Kirchhoff scattering theory applied in an in-process optical measurement of surface quality is described. The proposed theory describes the scattered light intensity distribution from a surface with the additional layers, and can be employed to analyze the surface characteristics in in-process measurement. Based on light scattering principle and machine vision method, the surface roughness is extracted to testify the correction of the modified Beckmann-Kirchhoff scattering theory. The experimental apparatus consists of a collimated laser diode, a beam splitter, a screen, a measuring lens and a camera. Test specimens with different surface roughness are studied. The results obtained demonstrate the feasibility of in-process optical measurement of surface quality using the modified model.     

神光Ⅲ原型装置的全孔径背向散射诊断技术

为了更好地研究神光Ⅲ原型实验中激光与等离子体相互作用产生的散射光,研制了新的全孔径背向散射诊断系统。该系统根据布里渊散射与拉曼散射的性质区别,使用二向色镜对散射光进行分光提纯,采用真空滤波器、挡光板、高反滤波片以及改变倍频晶体角度等进行消杂光处理,进而减少杂散光对测量结果的影响。同时,该系统采用特制的全口径大光斑激光器模拟打靶散射光对光路透过率进行标定。实验结果表明:新的全孔径背向散射诊断系统工作状态稳定,明显减少了杂散光的影响,所测数据更加真实可靠。