本书从“机理—模型—设计—仿真—测试—评估”全链路，介绍了杂散光的概念、抑制方法以及测试评估技术。首先介绍了杂散光的概念及其表现形式，分析了杂散光的来源；其次介绍了杂散辐射传输基本概念及辐射传输理论；再次阐述了杂散光抑制模型表面散射特性及抑制方法，并通过实际案例对杂散光仿真分析过程进行了介绍；最后就抑制效果的评估方法及测试技术进行了介绍。
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前言
第1章 杂散光的概念 1
1.1 杂散光的表现形式 2
1.1.1 眩光 2
1.1.2 散射杂散光 9
1.1.3 衍射杂散光 10
1.1.4 鬼像 16
1.1.4.1 鬼像焦点点像 19
1.1.4.2 鬼像光瞳像 25
1.1.5 杂散光的综合表现形式 31
1.2 杂散光来源 33
1.2.1 视场外杂散光 33
1.2.2 视场内杂散光 36
1.2.3 热辐射杂散光 39
1.2.4 微粒污染物引起的杂散光 52
1.2.5 孔径不匹配引入的杂散光 53
1.3 小结 54
参考文献 55
第2章 辐射传输理论 59
2.1 杂散辐射传输基本概念 59
2.1.1 光辐射 59
2.1.2 辐射通量 60
2.1.3 辐射强度 61
2.1.4 辐亮度 64
2.1.5 辐照度 66
2.1.6 辐出度 68
2.2 杂散辐射传输基本理论 69
2.3 小结 72
参考文献 72
第3章 杂散光抑制模型表面散射特性 74
3.1 材料表面特性 74
3.1.1 表面反射类型 74
3.1.2 表面散射类型 75
3.1.3 轮廓均方根粗糙度(Rq) 75
3.1.4 功率谱密度(PSD) 76
3.2 双向散射分布函数(BSDF) 80
3.2.1 BSDF散射模型 85
3.2.1.1 哈维(Harvey)模型 87
3.2.1.2 ABg模型 95
3.2.1.3 朗伯散射模型 100
3.2.1.4 托兰斯-斯帕罗(Torrance-Sparrow)模型 102
3.2.1.5 阿希赫明-雪利(Ashikhmin-Shirley)模型 104
3.2.1.6 彼得森(Peterson)模型 105
3.2.1.7 米氏散射(Mie scattering)模型 107
3.2.2 BSDF偏振特性 111
3.2.3 BSDF测量原理及测试系统 113
3.2.4 BSDF的用途及应用领域 120
3.2.5 利用BSDF模型进行杂散光分析的步骤 122
3.3 双向衍射分布函数 (BDDF) 123
3.4 角分辨散射(ARS) 127
3.5 总积分散射(TIS) 128
3.5.1 TIS基本概念 128
3.5.2 TIS测量 130
3.6 散射-衍射比 (SDR) 132
3.7 小结 133
参考文献 134
第4章 杂散光分析数理模型 137
4.1 假设条件 137
4.2 散射路径分析 138
4.3 入射辐通量分布 141
4.4 PST计算 142
参考文献 145
第5章 杂散光抑制设计与优化 146
5.1 杂散光的抑制目标及要求 148
5.1.1 信噪比(SNR) 150
5.1.2 不同波段的太阳辐照度 153
5.1.3 目标恒星在大气层外的辐照度 154
5.1.4 目标恒星在像面的辐照度 155
5.1.5 杂散光在遮光罩出光口的辐照度 155
5.1.5.1 地气杂散光 156
5.1.5.2 月球杂散光 157
5.2 视场外杂散光抑制方法 161
5.2.1 光学系统构型 161
5.2.2 光阑 168
5.2.2.1 孔径光阑 168
5.2.2.2 视场光阑 169
5.2.2.3 消杂散光光阑 170
5.2.2.4 渐晕光阑 170
5.2.2.5 冷光阑 171
5.2.3 遮光罩 172
5.2.3.1 遮光罩与光学系统光瞳匹配 174
5.2.3.2 一级遮光罩 175
5.2.3.3 二级遮光罩 177
5.2.3.4 多级遮光罩 180
5.2.3.5 反射式遮光罩 182
5.2.3.6 双反射镜系统遮光罩 187
5.2.3.7 随动可展开异形遮光罩 189
5.2.3.8 具有微结构边缘的挡光板 192
5.2.4 挡光环 194
5.2.4.1 挡光环倾斜方式 194
5.2.4.2 挡光环端面构型 195
5.2.4.3 挡光环端面倾斜面 201
5.2.5 遮光掩体 203
5.2.6 遮星伞 208
5.2.7 表面属性 210
5.2.7.1 消光涂层 210
5.2.7.2 消光螺纹及消光蜂窝腔 215
5.2.7.3 消光微腔结构 216
5.2.7.4 表面镀膜 219
5.2.8 洁净度控制 220
5.3 视场内杂散光抑制方法 223
5.3.1 散射杂散光抑制 223
5.3.2 鬼像抑制 224
5.4 内部热辐射抑制方法 226
5.4.1 温度控制法 227
5.4.2 冷光阑控制法 229
5.4.3 温阑控制法 230
5.5 其他杂散光抑制方法 230
5.5.1 滤波法 230
5.5.2 相邻帧相减法 233
5.5.3 偏振法 234
5.5.4 数值孔径法 235
5.5.5 图像校正消除法 235
5.5.6 干涉法 238
5.6 杂散光综合抑制 239
5.6.1 宽带辐射计(SABER)杂散光抑制措施 239
5.6.2 巡天望远镜(VISTA)近红外相机(VIRCAM)杂散光抑制措施 243
5.6.3 詹姆斯·韦布空间望远镜(JWST)杂散光及杂散辐射抑制措施 245
5.6.4 半球透镜与遮光罩配合抑制杂散光 247
5.7 小结 249
参考文献 250
第6章 杂散光仿真分析过程与实例 256
6.1 TracePro软件简介 256
6.2 TracePro分析杂散光流程 257
6.2.1 建立模型 258
6.2.2 定义属性 258
6.2.3 定义光源 258
6.2.4 光线追迹 259
6.2.5 结果分析 259
6.3 仿真实例 1——透射式光学系统 259
6.3.1 建立模型 260
6.3.2 定义属性 260
6.3.2.1 定义非光学表面属性 260
6.3.2.2 定义光学材料属性 262
6.3.2.3 定义光学表面属性 262
6.3.3 定义光源 264
6.3.4 光线追迹 266
6.3.4.1 光线预追迹 266
6.3.4.2 正式追迹 268
6.3.5 结果分析 269
6.3.5.1 分析图 269
6.3.5.2 分析表 270
6.3.5.3 分析报告 270
6.4 仿真实例 2——R-C 光学系统 272
6.4.1 关键表面与被照射表面 273
6.4.2 一次散射表面的确定 274
6.4.2.1 从像面向反光线追迹确定关键表面 274
6.4.2.2 从杂散光源方向入射光线确定系统的被照射表面 275
6.4.3 主要散射路径的确定与分析 275
6.4.4 杂散光仿真分析与评估 277
6.5 仿真实例 3——透射式中波红外光学系统冷反射分析 279
6.5.1 初始系统冷反射影响评价 280
6.5.2 系统初级冷反射抑制与优化 283
6.5.3 系统最终冷反射抑制效果评估 285
6.6 小结 288
参考文献 289
第7章 杂散光测试及评估 290
7.1 杂光系数 (VGI) 290
7.2 点源透过率 (PST) 292
7.2.1 高洁净度双柱罐式测试系统 292
7.2.2 真空测试腔式测试系统 294
7.2.3 基于时间分辨的点源透过率测试系统 296
7.2.3.1 测量原理 296
7.2.3.2 测量方案 297
7.2.3.3 时间分辨的点源透过率测量系统 299
7.2.3.4 测量结果与分析 300
7.3 空气颗粒散射对点源透过率测量的影响 303
7.3.1 空气散射的分类 304
7.3.1.1 瑞利散射 304
7.3.1.2 米氏散射 304
7.3.2 空气洁净度的划分 304
7.3.3 连续光谱空气散射模型 305
7.3.4 模型的实验验证 308
7.4 杂光系数与点源透过率之间的联系 310
7.4.1 积分球上有黑斑时的像面辐照度 310
7.4.2 积分球上无黑斑 (白斑) 时的像面辐照度 312
7.4.3 杂光系数与点源透过率的关系 313
7.5 小结 313
参考文献 313
第8章 总结与展望 315
8.1 总结 315
8.1.1 杂散光抑制方案设计 315
8.1.2 抑制模型表面特性测量与建模 316
8.1.3 杂散光抑制效果仿真 316
8.1.4 杂散光测试及评估 316
8.2 展望 317
附录一 主要参数 318
附录二 主要缩略语及中英文对照 319
附录三 关键词索引 322
附录四 信噪比 (SNR) 323
拓展知识与应用案例等索引 326
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