大功率激光光学系统杂散光分析的数据结构

文中主要研究发功率激光光学系统光学表面多次反射而形成的杂散光及其数学模型与计算方法，提出了杂散光分析的二叉树数据结构。利用这种数据结构，作者编制了激光光学系统杂散光分析软件，针对两个实例建立了近轴鬼光束树。实例计算表明，采用该数据结构可以全面描述杂散光状况，并根据设计人员的要求捕捉危害较大的鬼像。     

高功率激光装置中终端光学系统的鬼像分析

基于光传输的多叉树原理,研究了用于惯性约束聚变的高功率激光装置终端光学系统中多级衍射和多次反射杂散光与鬼点分布,根据光线经色分离光栅的传播规律进行了实际鬼光路计算,对聚焦透镜、色分离光栅、防护片组成的光学系统产生的杂散光及会聚鬼点进行了全面分析,得出三次谐波鬼点620个,二次谐波和基频光的会聚鬼点相对较少.分析表明非球面的一次反射鬼点最具威胁,大角度衍射和倾斜平面反射使大量鬼点向系统外部移动,并增大鬼光束的像差,减小其危害.这种方法可以以动态数据结构捕捉全部鬼点,并获得鬼光束结构.     

红外目标模拟器动态校准系统光学系统设计

基于红外目标模拟器动态校准系统的应用场景,分析了动态校准系统光学系统的设计特点,指出光学系统应选择折反式二次成像光路结构。基于经典的光学系统无热化原理,以光机材料精密搭配与计算为基础细化了该折反式光学系统的无热化方法,基于该方法设计了F/2、焦距370 mm、工作波段3.7~4.8m、总长为182 mm的光学系统,光学系统采用512512、15m15m规格的斯特林制冷式探测器,光学系统在-40~60℃范围内成像质量接近衍射极限。建立了光学系统鬼像和冷反射分析模型,分析结果表明:光学系统杂散光抑制能力较强、性能优异,满足红外目标模拟器动态校准系统在复杂恶劣环境下的使用要求。     

基于可见光系统的杂散光评价方法研究北大核心CSCD

随着光电成像技术日新月异的发展,杂散光干扰现象成为光电系统难以回避的问题。为了更好地表征可见光光学系统杂散光程度,解决现有评价方法——PST算法,无法表征杂散光入射在像面的总能量和能量分布的问题,本文提出一种优化后的等效PSTη计算方法。以一种可见光光学系统为例,通过杂散光仿真软件得到太阳光相对系统光轴各离轴角度的杂散光数据,分别使用原有PST算法和PSTη算法与杂散光辐照度分析图进行对比,结果表明PSTη算法在传统PST计算值一致时,能够更为准确表达杂散光变化趋势,由此可以更好的表征可见光光学系统杂散光分布情况。以PSTη作为评价指标设计了可见光光学系统杂散光抑制措施,验证了PSTη具备指导实际杂散光分析抑制工作的能力。该评价指标也可以推广到其他波段的成像系统中。     

光学系统杂散光分析

杂散光是光学系统中所有非正常传输光的总称，杂散光对光学系统性能的影响因系统不同而变化。因此，在现代光学设计中，杂散光分析成为光学设计工作中的一个重要环节。杂散光产生的原因比较复杂，讨论了漏光和透射面残余反射引起的杂散光，针对漏光杂散光给出了高密度取样的分析方法，对于残余反射的杂散光建立了带能量因子的光线光学模型和光线二叉树的数据结构，在保证计算精度的同时减少了计算时间。对一个卡塞格林光学系统进行了漏光杂散光分析和光学表面残余反射杂散光的近轴与实际光线分析，得到减少杂散光的措施，达到了杂散光分析的目的。     

不同结构地基光电探测系统的杂散光抑制

分析了不同结构形式的地基折反式光电探测系统的杂散光特性,讨论了相应的杂散光抑制方法.针对有无中间像面的光学系统,分别给出了两种不同的杂散光抑制方案,并对其中的长波红外系统进行了自身辐射分析.结果表明:对于无中间像面的折反系统,外遮光罩可以更好地抑制大离轴角度的杂散光;对于有中间像面的折反系统,采取光阑组合和设置主镜内遮光罩的方式就可以很好地抑制外部杂散光,在满足自身辐射要求的前提下,有效减少因设置外遮光罩而增加的长度和质量,有利于小型化和轻量化.     

空间光学系统的杂散光分析

介绍了空间光学系统的杂散光的来源,以及对红外光学系统成像质量的影响。在简化分析的基础上,讨论了杂散光分析的物理模型。利用已有的光学系统模型讨论了杂散光的计算和分析方法。主要介绍了蒙特卡罗法和光线追迹法在解决问题方面的作用,用具体的系统模型说明了杂散光计算和分析的假设条件、模型建立和计算过程等。对空间光学系统的杂散光有基础的认识。为以后利用软件进行杂散光分析打下基础。     

大视场红外折反光学系统杂散光分析

杂散光分析是保证光学系统成像质量的关键技术之一,根据红外光学系统杂散光的定义,指出大视场红外光学系统的杂光来源,以及杂光对系统的影响,并且建立了消杂光结构。在消杂结构中,为了减少内部辐射,遮光罩内部使用反射式挡光环。采用TracePro软件对系统进行建模、仿真分析,结果表明此红外光学系统的杂散光得到很好的抑制:太阳杂光抑制水平PST可以达到10-5～10-8,内部辐射到达像面杂散光能量量级为10-10 Ｗ,系统可以实现清晰成像。     

高光谱成像仪的杂散光分析

杂光分析是保证高光谱成像仪成像质量的关键技术之一。详细分析了高光谱成像仪光学系统的杂散光,设计了R-C前置镜的遮光罩和挡光环,并用Tracepro软件对高光谱成像仪光学系统进行了光机建模,分析了系统的一次、二次散射面,根据重要杂散光路径设置重点采用,计算出0.5°~40°不同离轴角度下的点源透射比值,从而得到地球表面反射光在像面产生的照度为5.5×10-3W/m2,小于中心视场光线在像面照度的3.5%,满足系统抑制杂散光的要求。     

超高速分幅相机中的无鬼像光学系统

超高速光电摄影系统是目前最常用的一种高速摄影设备。在进行超高速光电分幅相机光学系统的设计时,由于面数较多、结构较为复杂,很容易在像面附近形成鬼像,从而影响成像的锐度和对比度,干扰目标的识别。为了解决鬼像的问题,本研究从光学系统中的关键器件像增强器出发,分析了鬼像形成原因,并进一步采用光纤面板对像增强器进行了优化设计,从而克服了鬼像问题。采用本光学系统组成的超高速光电分幅相机拍摄了高压火花放电的过程,实验结果表明,得到的图像无鬼像。利用该系统可以方便地进行纳秒时间尺度的超高速摄影实验研究,拍摄的照片无鬼像,有利于目标的精确识别和解读。     

平板波导光谱仪中光栅多次衍射杂散光的抑制

平板波导光谱仪是一种紧凑型光谱仪,其光栅多次衍射杂散光大,需要进行抑制。首先研究了多次衍射杂散光的形成过程,并通过TracePro软件详细分析了多次衍射杂散光的传播路径和大小。然后根据杂散光的空间特性和波长特性对其进行分类,采取不同的抑制方法。在不改变原有光学结构的基础上提出了利用滤光片和挡光板来抑制多次衍射杂散光的方法,滤光片的参数和位置需要精心选择以达到最好的抑制效果。最后对增加抑制结构前后的杂光系数进行对比分析。结果表明,多次衍射杂散光得到了很好的抑制,最大杂光系数从5.3%降到0.033%,平均杂光系数从1.9%降到0.0018%。     

用"镜像法"处理高功率激光系统中非共轴光路的鬼点问题

高功率激光系统中鬼光束对元件安全造成威胁,并导致主光束质量变坏,故鬼光束会聚点的位置和鬼光束会聚光斑光强的定量分析,对高功率激光系统安全运行非常重要。提出了用“镜像法”分析高功率激光系统中非共轴光路鬼点的方法。即将光路在各反射镜处“镜像”,由“镜像”得到等效光学系统,对等效系统进行鬼点分析后,再将鬼点“镜像”回原非共轴光学系统。结果表明,非共轴光学系统的鬼点情况,可由其“镜像”等效系统决定。     

光学系统杂散光的消除方法

从杂散光的定义出发,介绍了杂散光的来源,依据来源对杂散光进行了分类,并指出了杂散光对光学系统的一些危害;通过引入PST和BRDF的定义,实现对杂散光进行定量化描述.杂散光的软件模拟分析是目前应用中的热点,介绍了软件分析的理论基础M-C方法,并列举了国内外常用的分析软件.光路分析之后,在系统中设置遮光罩和挡光环、采用适当的涂层成为阻挡杂散光的有力手段,因而被广泛采用.最后介绍了通过软件方法对光机设计无法完全消除的杂散光进行校正的一些进展.     

多角度偏振成像仪杂散光仿真分析

杂散光仿真分析是保证多角度偏振成像仪获取高精度偏振辐射数据的关键手段之一。根据仪器光学系统的自身特点,分析了杂散光的主要来源。针对采用点源透过率法难以适用于大视场光学系统杂散光分析的问题,介绍了基于黑斑法原理进行杂散光仿真分析的方法。借助杂散光分析软件LightTools,建立仪器的三维几何模型及光学属性,采用选定视场点反向光线追迹的方法仿真分析得到光机系统的视场外和视场内杂散光系数。分析结果表明,杂散光主要来源于成像视场范围内,且中心视场受到的杂散光影响最大,杂散光系数为3.27%,达到了设计指标要求。此外,采用近轴光线和实际光线正向追迹,模拟得到局部杂光和全局杂光的能量分布,为后期的图像杂散光校正研究提供了理论依据与指导。     

衍射光学元件设计参数对杂散光的影响

衍射光学元件被广泛应用于激光光束整形领域中。然而,在实际测量中常常发现衍射效率实际的测量值与设计值存在较大的偏差,原因之一在于输出的焦斑主瓣以外会产生高级次衍射杂散光。文中从理论上推导了高级次衍射杂散光产生的原因并对具有不同设计参数的衍射光学元件进行了仿真分析。通过研究,定义了一个新的参数,相对周期。它与光波波长成正比,与衍射光学元件的采样单元尺寸以及远场衍射角成反比。结果表明,衍射光学元件的衍射效率只是关于相对周期的函数,而与焦斑主瓣的具体形状无关。随着相对周期的增加,衍射效率随之增大。所以可通过适当选取远场衍射角和采样单元尺寸的参数以调整相对周期的大小,有效抑制高级次衍射杂散光。该参数在衍射元件的设计中具有重要的指导意义。     

风云二号辐射计的红外杂散光抑制研究

风云二号卫星云图显示扫描辐射计存在红外杂散辐射,因此需要对光学系统作进一步改进以减少杂散辐射。利用TracePro软件对该系统的红外杂散辐射的形成机理和入侵途径进行了仿真和分析。基于分析结果对该光学系统的红外杂散辐射提出了几项有效抑制措施,并通过计算系统的点源透过率(Point Source Transmittance,PST)函数对这些改进措施进行了评价。     

基于二维函数PST的离轴四反系统杂散光分析

离轴四反系统是顺应多光合一机载观瞄系统未来发展的光机核心部件。该类型系统容易受到视场外部强杂散光的影响,系统杂散光的点源透射率(PST)一般要求不大于10^-4量级,因此,对系统PST进行全方位扫描计算是分析和抑制其杂散光的关键。针对系统的非对称性,将PST作为随杂散光入射空间水平角和垂直角变化的二维函数,用以评价外部杂散光的影响,同时建立了水平角、垂直角与光机建模所需绕坐标轴旋转的过程量的对应转换关系,编制了仿真控制程序,通过调用LightTools软件实现杂散光的自动追迹和PST的二维扫描计算。对多光合一离轴四反系统,计算了整个入射半球空间内、所有方向的杂散光对应的PST分布情况,从而筛选出对机载观瞄应用影响较大的三路杂散光,寻找到其传输的路径和关键表面。基于此,设计了内部遮光罩和挡光环,优化系统内部的杂散光陷阱结构,使得系统的PST峰值由原来10^-1量级降低至10^-4量级,在规避角范围以外小于10^-7,可满足机载光电观瞄系统的使用要求。为离轴四反系统杂散光分析及抑制提供了依据。     

杂光对三线阵相机光学系统成像的影响

针对高成像质量三线阵测绘相机杂光导致相机成像质量下降的问题,文章根据光学系统的设计结果,对相机的杂光系数进行分析与计算,提出合理的杂光抑制措施;利用ZEMAX软件和LightTools软件,分析了杂光对三线阵立体测绘相机成像的影响,通过模拟计算得到杂光系数小于5%的理论结果;实验检测了相机实际杂光系数,得到最大杂光系数小于6%的实测结果,模拟了杂光影响下的光学系统图像,证明了杂光抑制措施的有效性和杂光影响下成像分析的合理性。