光学系统杂光抑制研究

发布时间：2017-04-10 22:06

  本文关键词：光学系统杂光抑制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 空间光学系统，特别是空间红外光学系统、低温光学系统以及某些大型空间望远镜，都工作在系统视场外有强烈辐射源(如太阳等)的“恶劣”环境中，这些强烈杂光辐射经过光学系统孔径的衍射，以及结构与光学件表面的散射，到达系统像面形成杂光。 随着空间光学技术的以及多种类光电探测器件技术的飞跃发展，杂光的抑制与分析被重新提高到了一个重要的地位，系统杂光抑制的成功与否，甚至成了某些空间环境使用的光学系统性能进一步提高的“瓶颈”。因此，对系统杂光的产生和传输、分析和计算、杂光抑制措施的采用与遮光系统的设计、材料表面BRDF以及系统杂光PST的定量测试等方面进行深入研究，是非常有必要的。 本文首先介绍了光学系统杂光的抑制措施，从光辐射在两个表面传递的基本能量传输方程出发，指出影响辐射能量传输的三个因子：双向反射分布系数BRDF、投影立体角PSA和入射辐射通量。并据此，提出了从系统像面出发，向前搜寻杂光传输的关键和间接表面，并设法移除或减少的遮光系统设计思路和方法。同时，文章具体研究了遮光罩和叶片结构在杂光抑制中特殊作用，以及不同光阑对系统散射和衍射杂光的抑制作用。 表示光学系统杂光抑制能力的点源透过率PST和材料表面散射特性的双向反射分布系数BRDF，这两个物理概念是光学系统杂光分析与计算的基础。本文介绍了两种系统杂光计算方法，各自给出了计算实例。 采用公式法计算系统杂光，精度虽然稍差，却可清楚地了解系统七种类型杂光的成因和影响，便于有针对性采取抑制措施，，优化遮光设计。精确的杂光分析计算还得“改进”的蒙特-卡洛法，它需要追迹足够多数量的光线，建立的三维模型的物理特性与实际符合，才能获得符合统计规律的计算结果。 材料表面的BRDF，与波段、入射及出射角都有关系，几乎不可能用解析表达式表示，只能通过实验手段测试获得。本文在长波红外波段和可见波段，在实验室建立了材料表面BRDF的专门测试装置，测得了可见和长波红外波段两个光学镜面和5片“黑色”吸收涂层的BRDF的空间分布值。 光学系统杂光指标PST的测量，包含了系统各种安装误差的影响，体现了系统杂光抑制的真实水平。本文在实验室，建立了光学系统杂光指标PST的专用测量装置。采用锁相放大器的调制检测法，成功地抑制了背景噪声，提取出了非常微弱的杂光信号，测得了口径D=180mm的卡塞格林系统的红外和可见杂光PST。在国内第一次成功获得光学系统PST的可靠测试结果。
【关键词】：
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TH74
【目录】：

• 引言9-14
• 1 光学系统杂光抑制研究的意义与价值9-10
• 2 国内研究动态10-11
• 3 论文研究内容11-12
• 4 论文所要研究的的问题及解决措施12-14
• 第一章 光学系统杂光抑制措施的研究14-26
• 1．1 辐射能量的传输14-15
• 1．2 系统杂光抑制的基本思路15-18
• 1．2．1 关键表面16-17
• 1．2．1．1 物空间的关键表面16-17
• 1．2．1．2 像空间的关键表面17
• 1．2．2间接表面17-18
• 1．3 遮光系统（BaffleSystem）的设计18-22
• 1．3．1 主遮光罩（Main Baffle）18-19
• 1．3．2 状遮光罩（Conical Baffle）19-20
• 1．3．3 叶片结构（Vane Structure）20-22
• 1．4 光阑的应用和衍射杂光的抑制22-24
• 1．4．1 孔径光阑（Aperture Stop）22-23
• 1．4．2 Lyot光阑（Lyot Stop）23-24
• 1．4．3 视场光阑（Filed Stop）24
• 小结24-26
• 第二章 光学系统杂光分析与计算26-42
• 2．1 两个物理概念27-28
• 2．1．1 点源透过率PST27
• 2．1．2 双向反射分布系数BRDF27-28
• 2．2 公式法分析计算系统PST28-35
• 2．2．1 点源杂光系统PST计算28-32
• 2．2．1．1 一次散射杂光29-30
• 2．2．1．2 多次散射杂光30
• 2．2．1．3 一次衍射杂光30-31
• 2．2．1．4 二次衍射杂光31
• 2．2．1．5 三次衍射杂光31-32
• 2．2．1．6 衍射-散射杂光32
• 2．2．1．7 散射-衍射杂光32
• 2．2．2 扩展杂光源光学系统杂光的计算32-33
• 2．2．3 公式法计算光学系统杂光实例33-34
• 2．2．4 光学系统选型与杂光水平34-35
• 2．3 蒙特-卡洛法计算系统PST35-41
• 2．3．1 蒙特-卡洛法计算系统杂光实例36-41
• 2．3．1．1 中波红外波段的系统杂光计算实例37-39
• 2．3．1．2 长波红外波段的系统杂光计算实例39-41
• 小结41-42
• 第三章 双向反射分布系数BRDF及其测试42-50
• 3．1 双向反射分布系数BRDF42-43
• 3．2 双向反射分布系数BRDF的测试43-49
• 3．2．1 红外BRDF的测试43-47
• 3．2．1．1 吸收涂层红外BRDF的测试43-46
• 3．2．1．2 光学镜面红外BRDF的测试46-47
• 3．2．2 可见BRDF的测试47-49
• 小结49-50
• 第四章 系统杂光指标PST的测试50-56
• 4．1 红外杂光PST的测试51-54
• 4．2 可见杂光PST的测试54-56
• 小结56-57
• 结束语57-59
• 参考文献59-62
• 致谢62-63

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 原育凯;;光学系统杂散光的消除方法[J];大气与环境光学学报;2007年01期

2 刘昆;余飞鸿;;LCoS微型投影光引擎杂散光分析与抑制[J];光学仪器;2012年01期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 江伦;大变倍比长焦距中波红外连续变焦距系统研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2012年

2 牛金星;红外探测系统杂散辐射的分析与抑制技术研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李t

本文编号：297637