光学系统杂散光分析

摘要摘要在航空航天领域，用于确定飞行器姿态的星敏感器得到广泛的应用。

由于复杂的太空光环境导致进入星敏感器的杂散光较为复杂，杂散光的抑制水平决定了星敏感器的定姿精度。

杂散光对于暗弱目标的探测影响很大，到达探测器表面的杂散光会降低像面对比度，增加背景噪声，严重时使探测目标信号被湮没。

基于以上背景，在查阅大量文献的基础上，本文分析了复杂太空光环境的来源和路径，确定了杂散光分析的步骤，介绍了影响杂散光路径的散射模型并提出了杂散光抑制水平的评价函数。

在阅读大量文献后，开展了以下几个方面的研究工作：1）运用不同类型的遮光罩和挡光环设计原理，确定不同位置挡光环的分布。

利用MATLAB软件将遮光罩和挡光环设计程序化，根据设计要求快速得到相关参数并导入ASAP软件中建模。

利用消光比和点源透射率两种评价方式，对系统中三种不同类型的遮光罩进行分析，绘出消光比和点源透射率关于光线离轴角的变化曲线，为遮光罩的设计提供理论分析依据。

利用遮光罩程序设计一种新型遮光罩，设计参数与系统内的遮光罩参数相同，对比两种遮光罩的消光比和点源透射率，得出新型遮光罩优于原遮光罩的结论。

2）采用蒙特卡罗法和重点区域采样法仿真分析。

利用散射特性测量仪器对结构的散射特性进行实测并建立多项式散射模型，散射模型建立的准确与否严重影响杂散光仿真分析的准确性。

讨论了透镜散射模型的建立和结构件散射模型方程的选择。

利用ASAP软件对工作波段为可见光的简单星敏感器系统和复杂星敏感器系统进行杂散光分析，在验证建模准确、散射模型准确、重点区域选择准确等前提下仿真得到不同光线离轴角下点源透射率的数值，与设计要求进行对比。

3）利用基于双柱罐的点源透射率测试方法，这是一种国外测量点源透射率较为普遍的测试方法。

介绍了点源透射率测试的设备、方法和测试步骤。

对可见光简单星敏感器光学系统的点源透射率实测，得出点源透射率的实测数据并绘制曲线与仿真分析数值对比，分析误差。

通过对比后，利用验证分析的评价指标，仿真值与分析值相互验证，实测表明仿真分析的正确性。

消除杂散光的技术在光学领域，杂散光一直是个让人头疼的问题。

就像不请自来的“捣蛋鬼”，总是在关键时刻出来捣乱，影响我们对目标物体的观测和分析。

先来说说杂散光到底是啥。

简单来讲，杂散光就是那些不应该出现在我们观测视野中的光。

它可能来自各种意想不到的地方，比如光学系统中的反射、散射，或者外部环境的干扰。

想象一下，你正在欣赏一场精彩的星空秀，突然一道莫名其妙的光闯入你的视野，瞬间破坏了整个美妙的画面。

这就是杂散光的“威力”。

那么，怎么消除这个讨厌的家伙呢？首先，我们可以从光学系统的设计入手。

就像盖房子要打好地基一样，一个好的光学系统设计是消除杂散光的关键。

在设计过程中，要尽量减少反射和散射的可能性。

比如说，可以采用特殊的涂层来降低表面反射，或者优化光学元件的形状和布局，避免不必要的光线反射。

这就好比给光学系统穿上了一层“隐形衣”，让杂散光无从下手。

其次，对光学元件进行严格的质量控制也是必不可少的。

如果光学元件本身存在缺陷，比如表面粗糙、有划痕等，就很容易产生杂散光。

所以，在选择光学元件时，一定要挑那些质量上乘、做工精细的“宝贝”。

可别为了省钱而随便选个“地摊货”，不然到时候被杂散光折磨得欲哭无泪可就后悔莫及了。

另外，外部环境的控制也不能忽视。

有时候，杂散光可能是从外部环境中偷偷溜进来的。

比如，在进行观测时，如果周围有强光照射，就很容易产生杂散光。

这时候，我们可以采取一些措施来遮挡外部光线，比如使用遮光罩、窗帘等。

就像给光学系统搭个“小帐篷”，让它免受外界干扰。

在实际操作中，我也有一些自己的小经验。

比如说，在安装光学系统时，一定要仔细检查各个部件的连接是否紧密，避免出现缝隙导致杂散光进入。

还有，定期对光学系统进行清洁和维护也是很重要的，不然灰尘和污渍也可能会成为杂散光的来源。

总之，消除杂散光是一项需要耐心和细心的工作。

只有从光学系统的设计、元件的选择、外部环境的控制等多个方面入手，才能有效地把这个“捣蛋鬼”赶走。

杂散光为负数杂散光是指在光学系统中由于反射、折射、散射等原因产生的非主要光线。

当光通过光学系统时，除了主要光线以外，还会存在一些非主要光线，这些光线就是杂散光。

杂散光会对图像的质量产生影响，因此，我们希望尽量减少或消除杂散光。

杂散光的存在会导致图像的模糊和对比度的降低。

首先，杂散光会在图像传感器上形成散斑，使得图像出现模糊不清的现象。

其次，杂散光会降低图像的对比度，使得图像中的细节难以分辨。

因此，在光学系统设计中，我们需要采取一些措施来减少或消除杂散光。

一种常见的减少杂散光的方法是使用镀膜技术。

镀膜是在光学元件表面涂覆一层适当的薄膜，通过改变薄膜的折射率，使得反射光的干涉效应减小，从而减少反射光的强度。

这样可以有效地降低杂散光的影响，提高图像的质量。

另一种减少杂散光的方法是使用光阑。

光阑是一个孔径可调的光学元件，可以控制进入光学系统的光线的范围。

通过调整光阑的大小，可以选择性地屏蔽掉非主要光线，从而减少杂散光的影响。

光阑的设计要根据系统的需求来确定，既要保证足够的光线通过，又要尽量减少杂散光的干扰。

除了镀膜和光阑，还可以通过优化光学系统的结构来减少杂散光。

例如，可以采用透镜组的设计，通过透镜的组合和排列，使得杂散光的干扰最小化。

此外，还可以使用滤光片来选择性地吸收或透过特定波长的光线，从而减少杂散光的影响。

这些方法都需要在光学系统设计的初期考虑到杂散光的问题，并进行相应的优化。

在实际应用中，除了光学系统的设计，还可以通过图像处理的方法来减少杂散光的影响。

例如，可以采用图像增强的算法，通过增强图像的对比度和清晰度，减少杂散光导致的图像模糊。

此外，还可以采用图像去噪的方法，通过去除图像中的噪声，提高图像的质量。

杂散光是光学系统中不可避免的问题，会对图像的质量产生影响。

为了减少杂散光的影响，我们可以采用镀膜、光阑、优化结构等方法来设计光学系统。

同时，还可以通过图像处理的方法来减少杂散光的影响。

这些方法的选择和优化需要根据具体的应用需求来确定，以提高图像的质量和清晰度。

紫外可见分光光度计杂散光所谓的杂散光严格意义上来讲是所要单色光以外的光，都为杂散光，但是目前国内外的定义不完全相同，有的是从辐射的角度，有的是从能量的角度，有的是从需不需要的角度来考虑。

总体上来讲应该是不该有的光出现了，这就是杂散光。

杂散光是分光光度计的关键性技术指标，它是分析误差的主要来源，它决定了仪器分析样品的浓度范围，特别是浓度的上限，当一台分光光度计的杂散光一定时，被分析的试样浓度越大，其分析误差就越大，它能使建立的标准曲线弯曲。

杂散光主要来自于：灰尘沾污光源元件（如光栅、透镜、反射镜等）；光学件被损伤；光学系统屏蔽不好；热辐射或荧光引起的二次电子发射；狭缝的问题；光束的进出孔问题；单色器内壁黑化处理不妥等都会引起杂散光。

测试杂散光最常用的方法是所谓“截止滤光法”，主要是采用滤光片或滤光液来测试紫外可见分光光度计的杂散光。

有时也采用He-Ne 激光器的632.8nm 来测试杂散光，测出的数值与632.8nm 相比就是杂散光。

目前国内有很多的高校老师们测试分光光度计的杂散光时通常用溶液来进行测试，通常测2个波长点，一个是220nm 处，另一个是340nm 处。

测试220nm 处的杂散光时，国际上都采用10g/L 的NaI 水溶液。

该水溶液的光谱特性为：0-258nm 处不透光，而从258nm 开始，透光率可立即达到90%以上，并且上升坡度很陡。

只要将10g/L 的NaI 水溶液装入比色皿，参比比色皿中装满水，将仪器的波长调到220nm 。

因为10g/L 的NaI 水溶液在0-258nm 处不透光，故仪器的输出应该为0。

但仪器的实际输出不是0，即有光信号输出，这就是220nm 处的杂散光。

测试340nm 处的杂散光时，国际上都是采用50g/L 的NaNO2水溶液。

50g/L 的NaNO2水溶液的光谱特性为：0-385nm 处不透光，而从385nm 处开始，透光率可达90%以上，并且上升坡度很陡。