红外与激光工程
2023, 52(10): 20230041
1 苏州大学光电科学与工程学院教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
2 苏州大学光电科学与工程学院江苏省先进光学制造技术重点实验室，江苏 苏州 215006
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。
仪器 非制冷红外成像光谱仪 内部热辐射 杂散辐射抑制 噪声等效温差 表面抛亮 光学学报
2022, 42(15): 1512006
1 光电控制技术重点实验室, 河南 洛阳 471000
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
3 中航技进出口有限责任公司, 北京 100000
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。
红外成像 光学系统 热辐射抑制光阑 杂散辐射 光学设计 infrared imaging optical system thermal radiation suppression stop stray radiation optical design
1 光电控制技术重点实验室, 河南 洛阳 471000
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
3 陆装驻洛阳地区航空军事代表室, 河南 洛阳 471000
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。
红外光学系统 光学设计 杂散辐射 冷反射 infrared optical system optical design stray radiation Narcissus
红外与激光工程
2020, 49(6): 20190455
中国计量科学研究院光学与激光计量研究所, 北京 100029
应对气候变化预测与灾害天气防范等科学难题, 空间观测领域提出高精度的光谱辐射度定标需求。 阵列式光谱辐射计存在内部结构缺陷和光学元器件不理想等问题, 导致杂散辐射, 严重影响光谱辐射度测量结果的准确性。 测量多种典型阵列式光谱辐射计的杂散辐射特性, 考虑外场目标光源与实验室定标光源不一致对杂散辐射修正的影响, 分别基于带通滤光片和可调谐激光器研究紫外杂散辐射修正方法。 首先, 利用不同光谱透过率的带通滤光片, 测量可见及红外光谱辐射引起的紫外杂散信号。 针对杂散辐射分布特点, 建立数学修正模型, 实现高效快捷的杂散辐射修正。 地基验证场的光谱辐射亮度测量结果修正后, 紫外杂散辐射信号显著降低。 对于连续分布的宽谱段光源, 带通滤光片修正法具有实验简便易行、 测试过程高效等优点。 然而, 实现非连续分布或窄带光源的高精度杂散辐射修正存在困难。 为此, 建立基于可调谐激光器的杂散辐射测量系统, 解决了各个像素点杂散辐射线扩展函数的测量难题。 改变可调谐激光器的输出波长, 精细化测量各个像素点的杂散辐射线扩展函数, 再推导出杂散辐射信号分布函数, 通过MATLAB软件将矩阵反演运算, 得到各像素点的杂散辐射修正结果, 实现杂散辐射的高精度修正。 利用不同类型的阵列式光谱辐射计验证了该修正方法, 对于非连续分布的窄带光源, 测量结果修正后杂散辐射信号降低了一个数量级, 并且谱线两边的杂散宽峰显著消除, 大幅降低了紫外波段的测量偏差。 针对不同光谱分布的光源, 建立了两种优势互补的杂散辐射修正方法, 有效改善了阵列式光谱辐射计的紫外测量结果偏差, 进一步确保我国地球观测数据的准确性和国际等效互认。
阵列式光谱辐射计 带通滤光片 可调谐激光器 杂散辐射修正 Array spectroradiometer Bandpass filter Tunable laser Stray light correction
1 中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外探测与成像技术重点实验室,上海 200083
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院上海技术物理研究所启东光电遥感中心,江苏启东 226200
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.
热红外 光谱仪 辐射定标 内部杂散辐射 thermal infrared spectro meter radiometric calibration internal stray radiation
西安工业大学 光电工程学院，陕西 西安710032
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。
红外探测光学系统 杂散辐射 反向光线追迹 关键表面 infrared detection optical system stray radiation backward ray-tracing key surface 红外与激光工程
2019, 48(9): 0904006
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室, 江苏 南京 210042
3 中国科学院大学, 北京 100049
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。
光学工程 杂散辐射率 杂散光分析 散射 表面粗糙度 颗粒测量 optical engineering stray radiation rate stray light analysis scattering surface roughness particle measurement 红外与激光工程
2019, 48(1): 0117003
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。
光谱仪 复合光学系统 杂散辐射分析 optical spectrometer compound optical system stray radiation analysis
