复合光学系统杂散辐射分析及抑制

以双谱段光谱仪为例，针对前端为卡塞格林结构形式的复合光学系统，设计了一种杂散辐射抑制装置。该装置含有外遮光罩1、外遮光罩2和2个内遮光罩，其中外遮光罩2有效地阻挡了直接进入光学系统的外杂散光。该装置可抑制各谱段的杂散辐射，其中可见光支路杂散辐射抑制后的杂光PST与信号光PST相差7~8个数量级，近红外支路杂散辐射抑制后的杂光PST与信号光PST相差5~6个数量级。该装置可提高光谱仪工作时段，性能稳定有效，且系统图像不受杂散光影响。     

共形光学系统瞬时视场外杂散光的分析及处理

针对空间成像光学系统的像质容易受到瞬时视场外杂散辐射的影响,利用杂散光分析软件建立一个共形光学系统光学机械结构模型,并对其进行反向光线追迹,从而确定出该系统中对瞬时视场外杂散辐射光的聚集贡献较大的关键表面及视场外杂散辐射光的主要传递路径.采用在系统中加入多级挡光环辅助结构的方式获得了100%的瞬时视场外杂散光屏蔽效果.该设计方案具有简单易行的特点.     

一种双波段成像系统的红外通道杂散光分析

为全面分析杂散光对红外系统成像质量的影响,设计了可见波段0.4 μm~0.7 μm、红外波段3 μm~5 μm,视场角均为2.27°×2.27°的共孔径成像光学系统。分析了杂散光来源,分别研究了带内与带外杂散光对其红外通道成像质量的影响。对于带内杂散光,设计了消杂光结构,采用FRED软件模拟分析了带内杂光抑制能力,结果表明:带内杂散光得到较好抑制,其鬼像影响可忽略不计,太阳杂散光抑制水平PST达到设定的10-8阈值量级。对于带外杂散光,主要研究了1.064 μm和2.6 μm两个波长带外激光对红外成像系统的影响,并利用有限元仿真计算,结果表明:系统反射镜温升达到703 K时,向外发出较强带内红外辐射,到达像面的辐射功率为0.195 mW,可对红外成像面造成强烈噪声干扰。     

红外光学系统内部构件热辐射分析

红外光学系统的内部构件由于呈现于光路之中,其表面热辐射将会通过光学系统到达探测像面而引起背景辐射噪声。本文利用LightTools分析软件对一套折反式红外光学系统内部机械构件的主要表面的热辐射进行了分析,得到了探测像面接收到的热辐射的量级。分析了三种不同的表面反射率的情况,能够用于指导如何进行表面处理和结构设计的改善。     

Stray light analysis of an on-axis three-reflection space optical system

<正>Stray light analysis of a three-mirror spatial optical system is presented.The entrance pupil diameter (EPD) of the system is 320 mm,the effective focal length(EFL) is 2809 mm,and the field of view(FOV) is 1°×0.5°.Its walls are coated with extinction paint(the absorption coefficient of which is 97%).The point source transmittance(PST) of the system is thus reduced by up to two orders of magnitude.Moreover, this technique makes it feasible to block the stray light coming from outside of the FOV by increasing the outer baffle length of the system.Adding an inner baffle to both the primary and the secondary mirrors helps not only to block the stray light coming from outside of the FOV but also to decrease the length of the outer baffle.Simulation results show that the PST values are less than 10~(-10) when the off-axis angle is larger than 9°.The stray light is also suppressed effectively by placing a glare stop at the first imaging plane of Cassegrain telescope.It is surprising that the PST value is 10~(-14) when the off-axis angle is 2°with the placement of glare stop at the first image plane.     

Stray light analysis of low-level-light optical system with LightTools software北大核心CSCD

为解决低照度微弱信号探测的微光光学系统杂散光问题,研究了杂散光的原理和特性。利用光学系统建模软件LightTools对微光光学系统进行仿真建模,并开展杂散光分析。为减少杂散光,在物镜筒的筒壁加工消光螺纹,并针对不同形式的消光螺纹,开展了能量仿真模拟。仿真结果表明,采用螺距0.35 mm的消光螺纹,能够将杂散光系数从7%降低到4%。仿真分析结果与实验结果一致,为其他微弱信号探测光学系统在设计阶段对杂散光进行消除提供了指导。     

Design of multi-spectrum BRDF measurement system

A multi-spectrum bidirectional reflectance distribution function (BRDF) measurement system was developed with the adoption of single reference standard measurement method. An arm-adjustable corner device was designed for the BRDF system. Changing the distance to the sample by moving the detector arm made the device applicable to different wavelengths. The system could be used for the spectrum range from visible light (0.6328 μm) to mid-far infrared (10.6 μm), the facular size between 0.8-3 cm.The rotating limit of detector arm was ±180°, the rotation range of sample holding table was 360°, and the angle resolution was 0.036°. A silicon carbide sample was measured using this system with reflectance zenith from -55° to +55°. According to the error analysis, the measurement uncertainty of this device was about 6.42%.     

风云二号辐射计百叶窗式遮光罩杂散光抑制研究

风云二号卫星扫描辐射计为视场分光方式的R-C光学系统,视场外的杂光掠过次镜穿过主镜孔直接混入信号光路照射在焦面上,形成直射杂光。为了消除该直射杂光,使用TracePro软件对辐射计模型进行正追和倒追,都追到了直射杂光的存在,利用Zemax软件仿真找出了该直射杂光的形成机理,并计算出该直射杂光域。根据仿真和计算,设计了可以透信号光阻挡杂散光的叶片状次镜遮光罩。软件仿真表明：百叶窗式遮光罩可以彻底抑制该区域可见直射杂光,积分球实验也验证了该百叶窗式遮光罩可以降低辐射计952%的可见杂光。     

风云二号辐射计百叶窗式遮光罩杂散光抑制研究

风云二号卫星扫描辐射计为视场分光方式的R-C光学系统,视场外的杂光掠过次镜穿过主镜孔直接混入信号光路照射在焦面上,形成直射杂光。为了消除该直射杂光,使用TracePro软件对辐射计模型进行正追和倒追,都追到了直射杂光的存在,利用Zemax软件仿真找出了该直射杂光的形成机理,并计算出该直射杂光域。根据仿真和计算,设计了可以透信号光阻挡杂散光的叶片状次镜遮光罩。软件仿真表明:百叶窗式遮光罩可以彻底抑制该区域可见直射杂光,积分球实验也验证了该百叶窗式遮光罩可以降低辐射计95.2%的可见杂光。     

中波红外光学系统无热化设计和冷反射抑制

为了得到性能好、稳定性高,能够满足民用、军事等领域应用的中波红外成像光学系统,采用光学被动式的无热化技术,在常温下像质良好的初始结构基础上,通过对不同红外材料组合,实现系统的无热化设计。利用等效温差(NITD)计算冷反射贡献量,对冷反射贡献量较大表面的曲率和光焦度进行优化。设计结果表明:在-40℃~60℃温度范围内,光学系统的MTF在30 lp/mm处均大于0.5;离焦量在一倍焦深以内,点列图(RMS)直径小于像元尺寸;冷反射残存量最大的表面NITD值降低40%。应用该方法可以很好地实现红外成像光学系统的无热化设计,对冷反射的抑制效果明显。     

星载成像光谱仪杂散光检测技术

介绍了星载成像光谱仪杂散光检测技术在国内外的发展状况,阐述了成像光谱仪杂散光的定义、来源和危害,分析了杂散光检测的必要性。通过截止滤光片法、光谱法、谱杂散光系数法、级数透过率法、氧气吸收光谱及参数拟合法、卷积计算法和矩阵修正法等7种光谱仪器杂散光检测方法优缺点的对比,给出了星载成像光谱仪杂散光检测技术的具体要求和发展趋势,认为单一的检测技术很难满足工程研制的实际需要,针对各研制阶段的组合检测技术将是星载成像光谱仪杂光检测的发展方向。     

星载超光谱成像仪杂散光及其测量

超光谱成像仪比一般光谱仪器具有更多的光谱通道和更高的光谱分辨率,而杂散光是影响超光谱成像仪光谱测节精度的重要因素之一,当前光谱仪器的杂散光测量方法尚不能满足超光谱成像仪杂散光检测的需要.作者探讨了此类成像光谱仪杂散光的定义、来源和危害,论述了使用杂散光影响因子di,j描述光谱仪杂散光的可行性和优越性,并给出了杂散光受扰系数fi(λ)和杂散光干扰系数Fi(λ)的定义、物理意义和工程应用价值.最后,介绍了使用窄带滤光片测量星载超光谱成像仪杂散光的测量系统组成、测量步骤和测量结果.结果表明:杂散光影响因子di,j能正确表示光谱仪的杂散光特性,与光源、滤光片、探测器等测量条件无关,而测量效率比谱杂散光系数法至少提高1倍,满足星载超光谱成像仪杂散光测量的工程需要.     

室外高光谱BRDF自动测量系统的设计

室外BRDF(Bidirectional reflectance distribution function)测量随着遥感的发展越来越重要。室外测量要求测量周期短、测量点多、光谱分辨率高。为了满足这一要求,设计了室外高光谱BRDF自动测量系统。系统主要由自动测量架和光谱仪器组成。测量架半径为2m,主要由天顶弧轨道、方位圆轨道、伺服电机、PLC组成。光谱仪器包括一台亮度计和一台照度计,亮度计测量反射亮度,被固定在测量架小车平台上,照度计测量入射照度。两台光谱仪器采用相同的平场凹面光栅分光、线阵列探测器探测。光谱测量范围为400~2500nm,光谱分辨率为3.5nm(400~1000nm)、12nm(1000~2500nm)。系统在工控机的控制下完成自动测量。在自动默认状态下测量周期大约为10min。     

长焦红外光学系统焦距的高精度测量技术

为提高长焦红外光学系统焦距测量的准确性,提出一种将干涉测量、光电自准和激光跟踪技术相结合的焦距测量方法。基于光学系统波前干涉测量光路,利用波前的power值对球面反射镜位置非常敏感的特性,结合激光跟踪仪的空间几何量精密测量和光电自准直仪的精密测角功能,实现长焦红外光学系统焦距的高精度测量。实验中对一理论焦距为1 520 mm的航空长焦红外光学系统进行测试,并结合测试设备的测量精度进行误差分析,5次测量的标准偏差为0.930 mm,测量误差小于0.2%,满足测试技术要求。结果表明这种方法用于长焦红外光学系统焦距的测量是合理可行的。     

多目标复合半实物仿真系统的杂散光分析

杂散光分析已经成为光学系统设计中必须考虑的关键因素之一。基于蒙特卡洛法,利用TracePro软件进行建模仿真,对多目标复合半实物仿真系统的杂散光进行了分析。仿真结果表明仿真系统的杂散光主要来自两方面:一是扩束光束经主反射镜边缘反射的未复合光束;另一个是由于仿真系统关键元件自发辐射产生的杂散光。根据杂散光系数和元件制冷温度的关系得出:当制冷温度为200 K时,仿真系统的杂散光系数小于2%。分析结果对导弹的多目标复合半实物仿真系统的设计具有重要的指导意义。     

光学系统杂光测量与计算程序间的联系

根据光学衍射成像理论,建立了黑斑法测量光学系统杂光的杂光系数解析式.该解析式包括了被测系统的结构参数和测试条件两部分.并编制了计算程序,将计算值和测量结果进行了比较,两者较为一致.     

BRDF reference standards for the infrared

A comparison between various recommended reference standards of diffuse reflectance in the IR is presented. It is shown that at a wavelength of 10.6 μm sulfur is the most Lambertian of the tested samples, although its powdery consistence makes it less suitable for use as a standard. Flame sprayed aluminum, with or without gold coating, also approaches a Lambertian surface and is suitable for use as a standard for BRDF measurements at 10.6 μm. Results for the BRDF of sulfur, gold-coated sandpaper, a commercial diffuse gold surface (by Labsphere) and flame sprayed aluminum are presented.     

光学系统杂光黑斑测量的理论研究

根据线性空间不变系统理论和标量衍射理论，用杂光点扩散函数讨论了在光学系统中多次反射和衍射所产生的杂光分布。在此基础上，用物和接收器互相关函数系统地分析了黑斑尺寸、接收小孔光阑尺寸以及黑斑照度对杂光测量的影响     

折反式红外镜头的无热化研究

研究了一种低成本折反式红外系统的光学被动消热差技术,通过理论分析温度变化对二次成像系统性能的影响,在次镜上采用曼金折反镜,将热离焦作为附加的初级像差引入像差平衡关系式,通过常规光学系统消像差和热差4种途径（分配光焦度、有效匹配光学材料与镜筒材料、改变透镜形状、引入非球面）实现全被动补偿。在此基础上建立了一个通用模型,在-45℃~+60℃温度范围内的MTF在17 lp/mm时达到0.5以上,冷反射等效温差在0.52℃以内。     

折反式红外镜头的无热化研究

研究了一种低成本折反式红外系统的光学被动消热差技术,通过理论分析温度变化对二次成像系统性能的影响,在次镜上采用曼金折反镜,将热离焦作为附加的初级像差引入像差平衡关系式,通过常规光学系统消像差和热差4种途径(分配光焦度、有效匹配光学材料与镜筒材料、改变透镜形状、引入非球面)实现全被动补偿。在此基础上建立了一个通用模型,在-45℃~+60℃温度范围内的MTF在17 lp/mm时达到05以上,冷反射等效温差在052℃以内。