地基太阳望远镜光学系统的红外杂散光分析

发布时间：2017-07-18 01:09

  本文关键词：地基太阳望远镜光学系统的红外杂散光分析

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【摘要】：由于中、远红外波段是最后一个未被开发的太阳物理观测窗口,其中蕴含着诸多未知的观测机遇。而红外太阳实测在其探测目标和背景噪声方面较可见光波段有很大的特殊性,因此,在红外太阳望远镜的研制和发展过程中,对系统红外杂散光的影响进行分析评估,以及采取对其有效抑制的措施成为提高红外天文观测信噪比的迫切需要解决的问题和关键技术。 本论文针对地基太阳望远镜光学系统的红外杂散光问题,主要做了以下工作： (1)全面分析了地基太阳望远镜的杂散光来源,按红外杂散光的来源将其分为三类：外部杂散光、系统热辐射杂散光和非成像路径杂散光；并对各类杂散光的传播途径进行了分析,确定了理论模型和分析方法。 (2)对外部杂散光来源,分别模拟计算了来自太阳和大气在三个大气窗口的红外背景辐射在系统像面上所造成的背景噪声。结果表明,外部红外杂散光将是系统红外背景噪声的主要来源,特别是在近红外波段。 (3)对环境温度及太阳辐射作用导致系统温度升高而造成的系统内部热辐射杂散光,主要模拟了尺寸较大的主镜和次镜的热辐射产生的杂散光,并对环形结构和全孔径结构反射镜的热辐射杂散光进行了比较分析。结果表明,随着红外窗口向长波段移动,环形结构的主镜和次镜的热辐射杂散光越来越显著,中远红外波段的热辐射杂散光将比近红外波段提高2-3个数量级；其中主镜的热辐射杂散光又比次镜的高2-3个数量级；比较不同反射镜结构,环形主镜和环形次镜的热辐射杂散光分别比其全孔径结构降低约2-3倍,更有利于系统自身热辐射的抑制。 (4)对非成像路径的杂散光主要进行了光学系统的衍射杂散光和散射杂散光的分析。其中视场光阑边缘产生了较可见光波段而言更为显著的红外衍射杂散光,且随入射光强度的增大而增大,形成对红外系统成像影响很大的杂散光背景；对于元件表面散射作用造成的杂散光而言,通过对镜面采用不同散射模型的模拟,结果表明,镜面的散射对杂散光贡献量没有太大的影响。 (5)综合分析地基太阳望远镜的各类红外杂散光水平,分析得出系统中的关键红外杂散光来源,在1～3μm波段外部杂散光是系统中的关键红外杂散光来源；3～5μm波段三种杂散光都是系统红外杂散光的重点来源；8～12μm波段自身热辐射杂散光高出其它两类杂散光将近一个量级,其变为需要重点抑制的对象。同时论文对需要重点抑制的杂散光来源进行了相关抑制措施的讨论。
【关键词】：地基太阳望远镜 红外杂散光分析 红外辐射理论 非序列光线追迹法 红外杂散光抑制
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH751
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 地基太阳望远镜的红外杂散光研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外对杂散光的研究现状11-12
• 1.3 地基太阳望远镜红外杂散光的分析方法12-14
• 1.4 研究内容14
• 1.5 小结14-16
• 第二章 地基太阳望远镜红外杂散光分析的基本理论16-28
• 2.1 物体热辐射理论基础16-17
• 2.2 黑体辐射定律17-18
• 2.2.1 普朗克公式17
• 2.2.2 维恩位移定律17-18
• 2.2.3 斯蒂芬-玻尔兹曼定律18
• 2.2.4 灰体辐射定律18
• 2.3 红外系统表面的杂散光传播特性18-19
• 2.3.1 双向散射分布函数18-19
• 2.4 地基太阳望远镜的杂散光来源19-26
• 2.4.1 地基太阳望远镜光学系统结构20-21
• 2.4.2 系统视场外杂散光来源21-23
• 2.4.3 系统热辐射杂散光来源23-24
• 2.4.4 非成像路径杂散光24-26
• 2.5 地基太阳望远镜红外杂散光的危害26
• 2.6 小结26-28
• 第三章 利用ZEMAX进行红外太阳望远镜杂散光的模拟仿真28-52
• 3.1 地基太阳望远镜的非序列模式28-30
• 3.2 外部红外杂散光30-34
• 3.2.1 太阳红外杂散光30-32
• 3.2.2 大气红外杂散光32-34
• 3.2.3 外部杂散光结果分析34
• 3.3 系统自身热辐射34-44
• 3.3.1 环形结构反射镜的自身热辐射35-39
• 3.3.2 全孔径结构反射镜的自身热辐射39-43
• 3.3.3 热辐射结果分析43-44
• 3.4 非成像路径杂散辐射44-50
• 3.4.1 衍射杂散光44-46
• 3.4.2 可见光波段的衍射杂散光分析46-47
• 3.4.3 衍射杂散光结果分析47-48
• 3.4.4 散射杂散光48-50
• 3.4.5 散射杂散光结果分析50
• 3.5 综合分析50-52
• 第四章 抑制地基太阳望远镜红外杂散光的措施52-64
• 4.1 遮光罩和挡光环的设计原则52-57
• 4.1.1 遮光罩的设计原理52-54
• 4.1.2 挡光环的设计原理54-57
• 4.2 内表面涂层抑制杂散光57-59
• 4.3 非成像路径杂散光的抑制措施和原则59-60
• 4.3.1 抑制表面散射引起的杂散光59
• 4.3.2 抑制衍射产生的杂散光59-60
• 4.4 温度控制抑制红外杂散光60-61
• 4.5 小结61-64
• 第五章 总结与展望64-66
• 5.1 论文工作总结64
• 5.2 本文的创新点及意义64-65
• 5.3 展望65-66
• 附录166-67
• 附录267-70
• 参考文献70-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张国玉,曹维国,高玉军,王志宏;光学系统杂散光的计算与分析方法[J];长春光学精密机械学院学报;1995年04期

2 黄智强;邢廷文;;遮光罩和挡光环程序化设计的原理及实现[J];光电工程;2006年04期

3 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

4 杜胜华;夏新林;孙创;;星载多波段红外光学系统的杂散辐射分析[J];光子学报;2008年04期

5 李晖，，李英才;一种简化杂光分析方法的数理模型[J];光子学报;1996年07期

6 夏新林,谈和平,肖淑琴,余其铮,唐明;空间光学系统中内部构件热辐射引起的谱段杂散辐射[J];航天返回与遥感;1996年01期

7 张燕;;杜瓦中冷光阑的杂散光抑制研究[J];红外;2010年07期

8 金宁;对红外热成象系统中冷反射现象的分析[J];红外技术;1998年03期

9 岑兆丰;李晓彤;朱启华;;光学系统杂散光分析[J];红外与激光工程;2007年03期

10 邓超;;空间太阳望远镜消杂散光分析[J];红外与激光工程;2010年04期

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1 殷可为;衍射光学系统杂散光研究[D];中国科学院研究生院（光电技术研究所）;2014年

本文编号：555380