第 36 卷第 3 期 Vol.36 No.3 红外与激光工程 Infrared and Laser Engineering 2007 年 6 月 Jun. 2007 光学系统杂散光分析 岑 兆 丰 1, 李 晓 彤 1, 朱 启 华 2 (1.浙 江 大 学 现 代 光 学 仪 器 国 家 重 点 实 验 室 , 浙 江 杭 州 310027; 2.中 国 工 程 物 理 研 究 院 激 光 聚 变 研 究 中 心 , 四 川 绵 阳 621900) 摘 要 : 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 。 关 键 词 : 杂 散 光 ; 鬼 像 ; 漏 光 ; 光 线 追 迹 中 图 分 类 号 : O435; TH74 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1007- 2276( 2007) 03- 0300- 05 Stray light analysis for optical system CEN Zhao!feng1,LI Xiao!tong1,ZHU Qi ! hua2 (1.State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China;2.Research Center of Laser Fusion,Chinese Academy of Engineering Physics,Mianyang 621900,China) Abstr act: Stray light is all kinds of rays transmitted along improper ways. The influence of stray light is different according to optical system′s structure. Stray light analysis is more and more important for optical engineers. Many reasons will cause stray light. Light leakage and the stray light caused by residual reflection on refraction surfaces are discussed. Light leakage is evaluated by the method of high! density sampling ray tracing. The ray model with energy factor and ray binary tree data structure are used for residual reflection stray light analysis. This method can avoid repetitious calculation and its computing accuracy is high enough to estimate the influence of stray light. As an example, the stray light in a Cassegrain system is analyzed. The result shows that the methods of abating stray light are indicated. Key wor ds: Stray light; Ghost image; Light leakage; Ray trace 0 引 言 散 光 的 建 模 。 杂 散 光 是 光 学 系 统 中 非 正 常 传 输 光 的 总 称 , 产 生 1 杂散光分析方法 于 漏 光 、透 射 光 学 表 面 的 残 余 反 射 和 镜 筒 内 壁 等 非 光 学 表 面 的 残 余 反 射 , 以 及 由 于 光 学 表 面 质 量 问 题 产 生 的 散 射 光 , 而 红 外 光 学 系 统 还 有 因 系 统 自 身 热 辐 射 产 生 的 杂 散 光 [1]。 对 于 成 像 光 学 系 统 , 杂 散 光 会 增 加 像 面 上 的 噪 声 , 特 别 是 在 像 面 附 近 出 现 的 杂 散 光 汇 聚 点 会 对 成 像 产 生 严 重 影 响 , 这 些 汇 聚 点 就 称 作 “鬼 像 ”。 文 中 将 讨 论 分 析 漏 光 和 透 射 光 学 表 面 的 残 余 反 射 杂 1.1 漏 光 杂 散 光 漏 光 杂 散 光 是 指 部 分 光 未 按 照 所 设 定 的 光 束 限 制(视 场 、孔 径 、渐 晕)直 接 进 入 光 学 系 统 的 情 况 。这 在 折 反 射 光 学 系 统 光 路 中 经 常 出 现 , 因 此 在 这 类 光 学 系 统 中 应 该 对 这 种 杂 散 光 进 行 专 门 的 分 析 。 例 如 , 一 个 典 型 的 卡 塞 格 林 系 统(如 图 1 所 示), 由 于 主 反 射 镜 中 收 稿 日 期 : 2006- 08- 09; 修 订 日 期 : 2006- 10- 11 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 委 与 中 国 工 程 物 理 研 究 院 联 合 基 金 资 助 项 目 ( 10376034) 作 者 简 介 : 岑 兆 丰 ( 1957- ) , 男 , 浙 江 慈 溪 人 , 教 授 , 主 要 从 事 光 学 仪 器 、光 学 设 计 及 软 件 开 发 。Email: cenzf@zju.edu.cn 

第 3 期 岑 兆 丰 等 : 光 学 系 统 杂 散 光 分 析 301 间 存 在 通 光 孔 , 如 果 不 加 特 殊 光 阑 处 理 , 就 会 有 光 不 通 过 主 次 镜 的 反 射 直 接 进 入 光 学 系 统 , 并 到 达 像 面 形 成 鬼 像 。 图 1 长 焦 卡 塞 格 林 折 、反 射 照 相 物 镜 Fig.1 Cassegrain refraction and reflection objective 为 消 除 这 种 漏 光 , 通 常 采 用 加 遮 光 罩 和 在 主 次 镜 上 加 上 专 门 的 筒 形 消 杂 光 光 阑 。为 了 彻 底 消 除 漏 光 杂 光 , 同 时 又 保 证 正 常 光 束 的 通 过 , 需 要 对 漏 光 进 行 非 常 精 确 的 分 析 , 可 以 使 用 目 前 常 用 的 光 学 设 计 软 件 (如 Zemax), 这 需 要 将 光 学 系 统 模 型 稍 加 改 造 , 将 主 次 镜 改 成 为 特 定 的 光 阑 , 并 对 视 场 进 行 密 集 取 样 。 这 种 方 法 比 较 烦 琐 , 特 别 是 加 了 筒 形 光 阑 之 后 , 建 模 困 难 , 为 此 笔 者 设 计 了 专 用 分 析 软 件 , 方 便 地 输 入 各 光 阑 的 位 置 、大 小 和 长 短 ( 筒 形 光 阑 ), 设 定 视 场 和 孔 径 高 密 度 取 样 的 情 况 , 软 件 能 够 直 接 显 示 出 漏 光 在 像 面 上 的 光 斑 分 布 情 况 和 到 达 像 面 的 光 的 走 向 , 在 这 一 分 析 的 指 导 下 , 设 计 人 员 可 以 方 便 地 确 定 各 筒 形 光 阑 的 大 小 、位 置 和 长 短 。 1.2 光 学 系 统 透 射 面 残 余 反 射 杂 散 光 光 学 系 统 的 透 射 面 无 论 怎 样 处 理 , 总 会 有 部 分 光 被 反 射 , 其 中 一 些 经 多 次 反 射 后 会 在 像 面 上 形 成 鬼 像 。 特 别 是 一 些 复 杂 的 光 学 系 统 , 对 一 个 比 较 亮 的 光 源 成 像 时 , 这 种 现 象 尤 为 严 重 , 可 以 在 图 像 中 出 现 一 串 大 大 小 小 的 亮 环 或 光 点 。要 模 拟 这 种 杂 散 光 的 产 生 和 传 输 可 以 将 每 个 透 射 面 作 为 部 分 透 射 、部 分 反 射 的 表 面 , 分 别 对 各 面 透 射 光 和 反 射 光 的 传 输 进 行 研 究 , 求 出 各 路 光 束 在 指 定 位 置 的 能 量 分 布 情 况 , 对 于 成 像 光 学 系 统 主 要 研 究 像 面 上 的 能 量 分 布 。 目 前 , 很 多 光 学 设 计 软 件 和 分 析 软 件 都 有 鬼 像 分 析 功 能 。杂 散 光 分 析 通 常 采 用 蒙 特 卡 罗 方 法 [2], 这 种 方 法 是 在 某 个 物 点 上 随 机 发 出 很 多 条 光 线 , 当 某 条 光 线 到 达 一 个 透 射 面 之 后 , 其 透 射 或 反 射 的 概 率 是 由 透 过 率 决 定 , 当 追 迹 了 大 量 光 线 之 后 , 统 计 出 到 达 像 面 的 光 线 数 量 和 分 布 情 况 , 就 可 以 了 解 在 像 面 上 的 杂 散 光 的 能 量 分 布 情 况 , 这 种 方 法 必 须 追 迹 相 当 数 量 的 光 线 , 否 则 结 果 就 不 具 备 统 计 意 义 , 特 别 是 当 系 统 比 较 复 杂 、面 数 比 较 多 时 光 线 数 就 必 然 以 几 何 级 数 增 加 。计 算 量 的 问 题 就 非 常 突 出 。 为 此 , 采 用 光 线 光 学 方 法 设 计 了 专 用 杂 散 光 分 析 软 件 , 为 了 避 免 重 复 计 算 , 使 用 以 下 处 理 方 法 : (1) 使 用 有 能 量 因 子 的 光 线 光 学 方 法 在 使 用 光 线 光 学 方 法 时 , 每 一 根 光 线 都 可 以 看 作 是 代 表 一 定 空 间 立 体 角 的 细 小 光 束 , 光 线 传 输 本 身 是 光 能 量 的 传 输 , 因 此 在 每 一 根 光 线 传 输 时 使 其 带 有 一 个 能 量 因 子 , 表 示 该 光 线 所 带 能 量 的 大 小 , 在 传 输 时 能 量 因 子 随 光 能 量 的 损 失 而 变 化 , 就 可 以 描 述 光 能 的 变 化 情 况 。 采 用 这 种 方 法 后 , 杂 散 光 分 析 可 以 不 使 用 蒙 特 卡 罗 方 法 而 直 接 有 序 地 进 行 , 当 遇 到 一 个 透 射 面 , 原 来 的 一 根 光 线 分 为 两 根 , 一 根 继 续 透 射 而 另 一 根 则 反 射, 处 理 时 只 要 将 光 线 能 量 因 子 乘 以 透 射 率 就 是 透 射 光 线 的 新 能 量 因 子 , 而 乘 以 反 射 率 就 是 反 射 光 线 的 新 能 量 因 子 。 (2) 光 线 二 叉 树 方 法 [3] 由 于 一 根 光 线 变 成 两 根 , 如 果 每 一 根 光 线 都 要 从 头 开 始 光 线 追 迹 , 那 就 会 有 大 量 的 重 复 工 作 , 为 此 , 采 用 了 二 叉 树 的 数 据 结 构 , 来 描 述 光 线 在 透 射 面 上 一 分 为 二 的 关 系 , 如 图 2 所 示 。 图 2 光 线 二 叉 树 结 构 图 Fig.2 Ray binary tree 当 光 线 到 达 某 个 透 射 面 时 , 在 该 面 上 建 立 二 叉 树 结 点 , 记 录 了 光 线 在 面 上 的 坐 标 和 入 射 光 线 的 方 向 余 弦 以 及 光 线 的 能 量 因 子 , 光 线 的 透 射 部 分 和 反 射 部 分 可 以 用 二 叉 树 的 两 个 分 枝 分 别 描 述 , 计 算 时 先 沿 着 其 中 一 个 分 枝 光 追 到 底 , 再 回 到 某 个 面 的 结 点 处 , 以 此 为 起 点 再 追 另 一 路 , 直 到 追 完 所 有 的 分 枝 。 由 此 可 以 看 出 二 叉 树 数 据 结 构 存 储 了 光 追 过 程 中 光 线 在 各 面 上 的 基 本 信 息 , 避 免 了 重 复 计 算 , 而 且 递 归 处 理 使 软 件 简 洁 、可 靠 性 高 , 一 棵 二 叉 树 随 一 条 光 线 追 迹 而 建 立 , 虽 然 当 光 学 系 统 面 数 很 多 时 , 要 占 用 很 大 的 内 存 , 但 是 由 于 其 动 态 存 储 特 性 , 一 旦 追 完 一 条 光 线 并 将 结 果 记 录 , 二 叉 树 就 可 以 删 除 , 将 占 用 的 内 存 释 放,以 备 下 一 条 光 线 使 用 。 如 果 研 究 像 面 上 的 能 量 分 布 情 况 , 可 以 事 先 在 像 面 上 划 分 格 子 , 当 一 条 光 线 到 达 像 面 时 , 看 其 落 入 哪 

302 红外与激光工程 红外与激光工程 第 36 卷 第 36 卷 一 个 格 子 , 并 将 每 个 格 子 中 的 光 线 加 权 叠 加 , 其 权 重 就 是 能 量 因 子 , 将 所 有 格 子 的 值 再 现 就 是 像 面 上 能 量 分 布 情 况 [4]。 2 分析实例 折 反 射 系 统 应 用 很 广 [5- 6], 用 图 1 所 示 的 长 焦 卡 塞 格 林 折 、反 射 照 相 物 镜 作 为 分 析 实 例 , 在 这 个 系 统 中 可 能 会 有 漏 光 , 也 就 是 光 未 经 主 次 镜 直 接 进 入 系 统 并 到 达 像 面 , 同 时 由 于 有 折 射 透 镜 , 也 存 在 透 射 面 残 余 反 射 杂 散 光 。 2.1 漏 光 分 析 对 所 分 析 的 长 焦 卡 塞 格 林 系 统 加 遮 光 罩 , 但 没 有 做 其 他 防 漏 光 光 阑 处 理 , 分 析 可 得 系 统 漏 光 的 情 况 , 如 图 3 所 示 。 图 3 没 有 防 漏 光 时 的 系 统 漏 光 和 像 面 漏 光 情 况 Fig.3 Stray light in the system and on the image plan without shield tubes 对 这 个 系 统 主 次 镜 加 上 如 图 4 所 示 的 防 漏 光 遮 光 筒 后 , 漏 光 的 情 况 大 大 减 轻 , 如 图 5 所 示 。 图 4 系 统 的 防 漏 光 措 施 Fig.4 Shield tube in the system 4, 漏 光 百 分 比= 0.013% 总 光 线 数 (视 场 角 6.667)=31 417, 漏 光 光 线 数= 7, 漏 光 百 分 比= 0.022% 总 光 线 数 (视 场 角 6.788)=31 417, 漏 光 光 线 数= 4, 漏 光 百 分 比= 0.013% 总 光 线 数 (视 场 角 6.909)=31 417, 漏 光 光 线 数= 6, 漏 光 百 分 比= 0.019% 总 光 线 数 (视 场 角 7.030)=31 417, 漏 光 光 线 数= 4, 漏 光 百 分 比= 0.013% 总 光 线 数 (视 场 角 7.152)=31 417, 漏 光 光 线 数= 2, 漏 光 百 分 比= 0.006% 总 光 线 数 (视 场 角 7.515)=31 417, 漏 光 光 线 数= 2, 漏 光 百 分 比= 0.006% 总 光 线 数 (视 场 角 6.545)=31 417, 漏 光 光 线 数= 4, 漏 光 百 分 比= 0.013% 总 光 线 数 (视 场 角 6.667)=31 417, 漏 光 光 线 数= 7, 漏 光 百 分 比= 0.022% 总 光 线 数 (视 场 角 6.788)=31 417, 漏 光 光 线 数= 4, 漏 光 百 分 比= 0.013% 总 光 线 数 (视 场 角 6.909)=31 417, 漏 光 光 线 数= 6, 漏 光 百 分 比= 0.019% 总 光 线 数 (视 场 角 7.030)=31 417, 漏 光 光 线 数= 4, 漏 光 百 分 比= 0.013% 总 光 线 数 (视 场 角 7.152)=31 417, 漏 光 光 线 数= 2, 漏 光 百 分 比= 0.006% 总 光 线 数 (视 场 角 7.515)=31 417, 漏 光 光 线 数= 2, 漏 光 百 分 比= 0.006% 总 光 线 数 (视 场 角 6.545)=31 417, 漏 光 光 线 数= 4, 漏 光 百 分 比= 0.013% 总 光 线 数 (视 场 角 6.667)=31 417, 漏 光 光 线 数= 7, 漏 光 百 分 比= 0.022% 总 光 线 数 (视 场 角 6.788)=31 417, 漏 光 光 线 数= 4, 漏 光 百 分 比= 0.013% 总 光 线 数 (视 场 角 6.909)=31 417, 漏 光 光 线 数= 6, 漏 光 百 分 比= 0.019% 总 光 线 数 (视 场 角 7.030)=31 417, 漏 光 光 线 数= 4, 漏 光 百 分 比= 0.013% 总 光 线 数 (视 场 角 7.152)=31 417, 漏 光 光 线 数= 图 5 防 漏 光 后 的 系 统 漏 光 和 像 面 漏 光 情 况 2, 漏 光 百 分 比= 0.006% Fig.5 Stray light in the system and on the image plan with 总 光 线 数 (视 场 角 7.515)=31 417, 漏 光 光 线 数= shield tubes 软 件 还 可 以 分 别 给 出 各 视 场 进 入 系 统 漏 光 光 线 的 比 例: 总 光 线 数 (视 场 角 6.545)=31 417, 漏 光 光 线 数= 2, 漏 光 百 分 比= 0.006% 以 上 数 据 表 明 该 系 统 在 防 漏 光 处 理 之 后 , 视 场 角 在 6.54~7.52°之 间 存 在 漏 光 , 最 大 视 场 的 漏 光 量 为 0.022%, 这 说 明 系 统 采 用 了 防 漏 光 措 施 后 只 有 极 少 的 

第 3 期 岑 兆 丰 等 : 光 学 系 统 杂 散 光 分 析 303 光 可 以 漏 进 系 统 到 达 像 面 。通 常 的 光 学 系 统 如 此 处 理 即 可 , 但 是 一 些 特 殊 系 统 不 允 许 有 任 何 漏 光 , 就 必 须 再 改 进 防 漏 光 措 施 , 有 时 会 产 生 少 量 的 拦 光 。 如 图 6 所 示 , 系 统 防 漏 光 光 阑 加 以 改 进 后 彻 底 消 除 漏 光 , 但 是 此 时 会 有 2%左 右 的 拦 光 产 生 。 图 6 彻 底 消 除 漏 光 Fig.6 Stray light removed by improving shield tubes 2.2 二 次 反 射 杂 散 光 近 轴 分 析 假 定 光 学 系 统 中 各 表 面 均 镀 增 透 膜 , 反 射 率 为 1%, 忽 略 吸 收 损 失 , 透 射 率 为 99%。 首 先 计 算 正 常 光 路 , 假 定 物 方 亮 度 为 3 000 nt, 得 到 像 点 照 度 为 163.11 lx。 对本系统作二次反射杂散光分析, 整 个 系 统 共 得 二次反射鬼像 153 个。取距离探测器表面最近的 10 个 鬼像, 并对其按鬼光束在探 测 器 表 面 产 生 的 照 度 从 大 到小排序, 得到影响最大的 前 10 个 鬼 像 , 如 表 1 所 示, 其中 S1、S2 分别表示第一次反射面、第二次反射面。 虽然近轴分析是近似的, 但是计算量小, 而 且 可 以 直接给出有危害鬼点的形成 原 因, 对 消 除 杂 散 光 有 很 好的指导意义。表中可以看出 第 一 个 鬼 像 点 就 在 像 面 上, 其在像面上的照度 要比 其 他 的 鬼 像 点 大 多 个 数 量 级, 因此需要 加以控制, 可以 将 第 5 面 和 第 6 面 这 两 个 产生鬼像的面进一步降低反射率, 以减小鬼像的能 量 。 表 1 光 学 系 统 二 次 反 射 鬼 像 近 轴 分 析 Tab.1 Par axial analysis of secondar y r eflection str ay light No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 RefS2 RefS1 5 15 4 4 6 5 6 5 4 4 6 16 5 6 18 18 17 17 18 17 Distance - 2.24E- 03 - 5.95E- 01 6.45E+00 6.44E+00 9.74E+00 9.72E+00 1.16E+01 1.15E+01 1.75E+01 1.96E+01 u 4.55E- 01 3.04E- 01 4.26E- 01 4.26E- 01 - 3.94E- 01 - 3.95E- 01 - 3.81E- 01 - 3.82E- 01 - 3.70E- 01 - 3.58E- 01 Brightness 2.50E- 01 2.50E- 01 2.50E- 01 2.45E- 01 2.01E- 01 1.97E- 01 2.05E- 01 2.01E- 01 1.93E- 01 1.97E- 01 Illuminance 6.03E- 02 1.92E- 06 8.28E- 09 8.14E- 09 3.41E- 09 3.34E- 09 2.63E- 09 2.58E- 09 1.15E- 09 9.98E- 10 GhostIllum 1.63E- 01 7.25E- 02 1.43E- 01 1.40E- 01 9.77E- 02 9.63E- 02 9.33E- 02 9.21E- 02 8.28E- 02 7.93E- 02 2.3 二 次 反 射 杂 散 光 的 实 际 光 线 分 析 要 想 了 解 杂 散 光 在 像 面 上 的 分 布 情 况 , 应 使 用 实 际 光 线 鬼 像 分 析 方 法 。杂 散 光 分 析 可 以 对 几 个 视 场 进 行 , 图 7(a) 是 正 常 光 在 像 面 上 能 量 分 布 , 图 中 选 取 了 对 称 的 五 个 视 场 , 右 边 的 灰 度 条 是 相 对 辐 照 度 的 值 对 应 灰 度 。(b)为 二 次 反 射 杂 散 光 在 像 面 上 能 量 分 布 。 量很小, 因此杂散光的相对能量比起正 常 光 要 小 很 多 。 但在有强光光源照明时, 此能量也增加背景噪声。 在 一 些 要 求 比 较 高 的 系 统 中 , 除 了 要 分 析 二 次 反 射 杂 散 光 , 还 要 分 析 高 次 反 射 杂 散 光 。 2.4 四 次 反 射 杂 散 光 分 析 下 面 对 本 系 统 作 四 次 反 射 鬼 像 分 析 , 得 到 鬼 像 19533 个 , 其 中 对 离 像 面 最 近 的 10 个 鬼 像 , 按 其 在 像 面 上 产 生 的 照 度 排 序 , 结 果 如 表 2 所 示 。 能 量 分 布 如 图 8 所 示 , (a)为 中 心 视 场 , (b)为 0.75 视 场 。 图 7 五 个 视 场 点 正 常 光 和 二 次 反 射 杂 散 光 在 像 面 上 的 能 量 分 布 Fig.7 Energy distribution caused by regular ray and secondary reflection stray light on the image plan 图 8 四 次 反 射 杂 散 光 在 像 面 上 的 能 量 分 布 由于本系统各表面的透过率比较高, 残余反射的能 Fig.8 Energy distribution by fourth reflection stray light 

304 红外与激光工程 红外与激光工程 第 36 卷 第 36 卷 表 2 四 次 反 射 鬼 像 近 轴 分 析 Tab.2 Par axial analysis of four th r eflection str ay light No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 S4 8 5 8 13 16 13 16 4 14 13 S3 10 6 10 15 18 17 18 17 15 14 S2 5 5 6 6 6 10 5 8 1 9 S1 18 6 18 13 17 14 17 10 4 14 Distance - 5.28E- 03 - 4.48E- 03 3.81E- 02 - 5.10E- 02 - 3.81E- 02 1.62E- 02 - 6.99E- 02 7.90E- 02 2.25E- 02 - 9.94E- 02 u - 2.87E- 01 4.55E- 01 - 2.87E- 01 - 2.33E- 01 - 4.03E- 01 - 6.22E- 01 - 4.05E- 01 - 3.96E- 01 - 4.46E- 01 - 4.42E- 01 Brightness 1.93E- 05 2.50E- 05 1.97E- 05 2.17E- 05 2.01E- 05 2.22E- 05 1.97E- 05 1.93E- 05 2.40E- 05 2.31E- 05 Illuminance 2.09E- 06 1.51E- 06 4.14E- 08 3.86E- 08 2.13E- 08 7.92E- 09 6.14E- 09 4.92E- 09 3.17E- 09 2.98E- 09 Ghost Illum 5.00E- 06 1.62E- 05 5.07E- 06 3.71E- 06 1.02E- 05 2.70E- 05 1.01E- 05 9.50E- 06 1.50E- 05 1.42E- 05 由 以 上 分 析 的 结 果 可 知 , 在 此 系 统 中 四 次 反 射 杂 散 光 的 鬼 像 在 像 面 上 的 位 置 与 二 次 鬼 像 位 置 不 同 , 处 于 其 像 点 的 对 称 位 置 上 , 其 能 量 密 度 比 二 次 反 射 杂 散 光 要 低 得 多 , 这 与 表 2 分 析 结 果 一 致 。 3 结 论 以上分析表明, 近轴分析给出了影响最严重的鬼像 及其产生的原因, 从而可以通过修改有关参数或镀膜等 方法加以处理。实际光线分析可以得到像面上杂散光的 能量分布和相对照度情况, 提供了很直观的结果。通过 对漏光的分析可以指导设计者改进遮光筒, 以保证在最 小拦光的情况下消除漏光。结果表明, 现代光学系统杂 散光分析是十分必要的, 否则可能对成像造成比较严重 的影响。在一些强激光光学系统中更是需要对整个系统 的杂散光和鬼像做全面的分析, 因为如果有鬼像点出现 在光学元件表面附近, 强大的能量有可能损毁元器件, 造成系统损伤[7- 9]。文中在分析漏光杂散光和光学透射面 残余反射杂散光时, 都使用了自行开发的杂散光分析专 用软件。本软件还可以分析红外光学系统自身热辐射的 影响, 已经在其他文章中介绍过[1]。 [3] CEN Zhao !feng, LI Xiao !tong, HE Zhi !ping,et al. Stray light analysis of basic model Gaussian beam [C]//Proceedings of SPIE,High !Power Lasers and Applications II,2002,4914:235 - 238. [4] DENG Shi !tao,LI Xiao !tong, CEN Zhao !feng, et al.Mitigating in high power laser facilities by real ray damage of the ghost trace[J]. Acta Optica Sinica ( 邓 诗 涛 , 李 晓 彤 , 岑 兆 丰 , 等 . 高 功 率 激 光 装 置 中 鬼 像 的 模 拟- 应 用 实 际 光 线 追 迹 法. 光 学 学 报 ) 2005, 25( 5): 585- 588 [5] ZHANG Yu!xia,AI Yong. Drawback of Cassegrain antenna system based on space optical communication [J].Infrared and Laser Engineering( 张 玉 侠 , 艾 勇. 基 于 空 间 光 通 信 卡 塞 格 伦 天 线 弊 端 的 探 讨.红 外 与 激 光 工 程),2005, 34(5):560- 563. [6] LIU Zhao !jun,CHEN Wei.Space applications of staring imaging technology with area FPA [J].Infrared and Laser Engineering ( 刘 兆 军 , 陈 伟 . 面 陈 凝 视 型 成 像 空 间 应 用 技 术 . 红 外 与 激 光 工 程),2006,35(5):541- 545. [7] HE Zhi !ping,CEN Zhao !feng, LI Xiao !tong,et al. Stray light system [C]// and calculation modeling of optical analysis Proceedings of ISIST,2002,2:408- 411. [8] ZHUANG Da !kui, LIN Zun !qi, GUAN Xiao !peng,et al. in Shenguang II high Analysis and calculation for the ghost 参 考 文 献 : [1] XI Xiao, LI Xiao !tong, CEN Zhao !feng .Influence of thermal radiations in infrared optical systems[C]//Proceedings of SPIE, Optical Design and Testing II,2005, 5638:362- 367. [2] TAN He !ping,SHUAI Yong,XIA Xin !lin,et al. Reliability of stray light calculation code using the Monte Carlo method [J]. Optical Engineering,2005,44:1- 11. power laser system [J]. Acta Optica Sinica ( 庄 大 奎 , 林 尊 琪 , 管 小 鹏, 等 . 神 光 II 高 功 率 激 光 系 统 中 鬼 像 的 计 算 与 分 析 . 光 学 学 报),2002, 22(5): 582- 585 [9] TAN Ji !chun, JING Feng, ZHU Qi !hua, et a1.Stray light inside multi !pass laser cavity of the SG!III prototype module [J].High Power Laser and Particle Beams( 谭 吉 春 , 景 峰 , 朱 启 华 , 等. 多 通 放 大 器 腔 内 杂 散 光. 强 激 光 与 粒 子 束), 2000, l2(2): l59- l63.