尺寸小、成本低和寿命长的非制冷热红外成像光谱仪对探测高温目标有巨大潜力，但其严重的内部噪声会降低检测灵敏度。非制冷热红外成像光谱仪主要的噪声包括探测器噪声、光机元件表面散射杂光引起的噪声、光栅非工作级次产生的杂光噪声和光机元件自身的背景辐射噪声。推导了包含上述噪声的噪声等效温差（NETD）公式，以Offner型热红外成像光谱仪为例，分析NETD与系统F数和机械元件内表面光学属性等主要影响因素之间的关系，研究了光机表面抛亮处理在抑制光谱仪内部背景辐射噪声方面的能力。最后，采用像元间线性关系法扣除了剩余的噪声，使探测信号与目标本身信号基本一致。

对采用制冷型中波红外探测器的光学系统, 设计了一个多光谱中波红外汇聚系统, 针对分色滤光片引入外界杂散辐射的问题, 设计了一个热辐射抑制光阑, 对其形状及位置不断地迭代优化, 达到抑制系统外界杂散辐射的目的。经TracePro仿真验证表明, 运用此热辐射抑制光阑后, 总的杂散辐射降为之前总杂散辐射的8.8%, 对改善成像质量有明显的效果。

对采用制冷型长波红外探测器的光学系统, 设计了一个二次成像三片锗透镜的会聚系统。提出了一种低噪声折射式红外光学系统的优化设计方法, 并对比传统杂散辐射抑制优化设计方法, 利用Tracepro进行仿真分析, 抑制结果表明, 新的低噪声优化设计方法对杂散辐射抑制较传统方法提升23.87%, 提升效果明显。

提出了一种热红外光谱仪系统内部杂散辐射的测量方法,该方法基于探测器和热红外光谱仪系统的辐射定标.通过分别单独标定探测器对黑体辐射能量的全谱段输出响应曲线和光谱仪系统对黑体辐射能量分光后单一光谱通道的输出响应曲线,从而定量得出光谱仪的内部杂散辐射灰度值及辐射通量值且能计算出不同积分时间和光机温度时内部杂散辐射的灰度值及辐射通量.采用该方法对现有光谱仪内部杂散辐射进行了实验测量,并进行了对比实验,结果表明,对比实验值与理论预测值误差偏离小于 1%.该方法可操作性高,可用于测量热红外光谱仪内部杂散辐射在总输出 DN值中的占比、预测光谱仪制冷对内部杂散辐射的影响、测量其他内部杂散辐射抑制手段的效果等.

杂散辐射分析与抑制是红外探测光学系统设计的重要环节，杂散辐射增加了系统的噪声，降低了红外探测系统对目标的探测能力。首先对红外探测系统杂散辐射源进行了分析，对基于光线追迹的杂散辐射分析理论进行了介绍，并结合具体的红外探测光学系统实例，提出了反向光线追迹的思路，分析系统关键表面的特性，提出了给机械表面涂覆吸收膜的方法来抑制系统的杂散辐射，分析结果满足杂散辐射抑制的要求。

为了提高LAMOST-HRS(Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopy Telescope-High Resolution Spectrograph)光谱分辨率以及光谱仪效率, 并建立一套可在仪器概念设计阶段分析杂散光的方法, 开展了在不进行BSDF测量的前提下, 对系统杂散光建模、分析的研究。首先根据粗糙度测量数据计算关键参数, 构建Harvey散射模型。接着通过显微镜观察光学面, 由MATLAB进行图像处理获取最大颗粒直径, 构建颗粒污染散射模型。然后导入光谱仪镀膜、光学元件、机械结构。对机械结构进行简化以提高分析效率。最后预估杂散光背景, 分析杂散光路径与组成。结果表明, LAMOST-HRS杂散光主要由光学面散射引起, 杂散辐射率为2.55%, 信噪比为16.01 dB, 达到设计指标要求。

以双谱段光谱仪为例, 针对前端为卡塞格林结构形式的复合光学系统, 设计了一种杂散辐射抑制装置。该装置含有外遮光罩1、外遮光罩2和2个内遮光罩, 其中外遮光罩2有效地阻挡了直接进入光学系统的外杂散光。该装置可抑制各谱段的杂散辐射, 其中可见光支路杂散辐射抑制后的杂光PST与信号光PST相差7~8个数量级, 近红外支路杂散辐射抑制后的杂光PST与信号光PST相差5~6个数量级。该装置可提高光谱仪工作时段, 性能稳定有效, 且系统图像不受杂散光影响。

成像区域大气校正仪内部杂散辐射抑制水平是光学设计以及性能评估的一项重要指标,尤其针对红外波段的光学系统,其内部的杂散辐射不可忽略。提出了一种基于辐射定标的方法,用于测量仪器内部的杂散辐射。通过控制变量得到仪器输入与输出之间的线性关系,建立辐射定标的模型,用实验的方法测量了仪器在不同环境温度下的本底信号值,并与理论计算的内部杂散辐射相比较,最大偏差为4.45%,验证了该方法的有效性。利用该方法可以计算大气校正仪在不同环境温度以及不同增益下的杂散辐射,不仅简化了实验过程,也可以对大气校正仪内部杂散辐射指标进行评估。