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太阳望远镜光学零件表面散射光测量技术研究
赵晓琛
Subtype硕士
Thesis Advisor曹学东
2016-05
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Keyword散射光 总积分散射理论 积分球 自制总积分散射测量仪 太 阳望远镜光学零件表面
Abstract
散射光严重影响光学系统的成像质量。光学系统的成像对比度,图像的清
晰度都会因散射光而降低,甚至散射噪声会完全覆盖目标信号。对于观测太阳
的光学系统而言,由于太阳光强度大,太阳表面成像对比度较小,即使是较为微
弱的散射光都会对成像对比度造成重大影响,因此,散射光问题日益变成制约
太阳光学系统成像性能的重要阻碍。本文对太阳望远镜光学零件表面散射光的
测量技术进行研究。
首先本文对散射光基础理论与测量方法进行研究。介绍了经典的光学表面
散射光基础理论,主要包括有双向反射分布函数理论和总积分散射理论。后又
介绍了光学表面散射光的测量方法,主要包括有BRDF 法和TIS 法。然后简要
介绍了本文采用的TIS 法的测量装置,最后根据对不同测量原理和方法的对比
来阐述本文采用TIS 法进行散射光测量的原因。
其次对积分球的理论进行了深入分析并对实体积分球进行建模。公式推导
并分析了积分球的出射照度与积分球内球壁的光谱反射比,进入积分球的总光
谱辐射通量,积分球内球的半径大小,积分球总开口球面面积与积分球内部总
反射球面面积(包括开口部分)之比的关系,并以已有的实体积分球为例,用
SolidWorks 对实体积分球进行了建模,并将其导入到TracePro 中对其进行仿真
分析,根据TracePro 中材料数据库的材料特性来验证积分球模型的可行性,并
对实验光源的光束半径进行了仿真分析。
第三,搭建了自制总积分散射测量装置。搭建了以积分球为核心的总积分
散射仪,包括积分球,半导体光源和功率计等。并用650nm 的半导体激光光源
进行实验,得到的结果与德国汉诺威激光中心生产的633nm 的总积分散射仪测
得的结果进行比对,验证自制总积分散射仪的可行性,自制总积分散射仪的测
量不确定度是否能达到预期目标,并对造成自制总积分散射仪与德制的总积分
散射仪的实验结果不同的原因进行分析。
然后实验验证了总积分散射理论。对总积分散射理论中TIS 值与光源波长
的平方成反比的关系进行实验验证。利用自制总积分散射装置对三个光波波长
(分别为650nm,520nm 和450nm)的半导体光源进行了实验,并对650nm 的
红光和450nm 的蓝光的数据进行了数值拟合,将520nm 的测量结果代入拟合得
到数值公式,如符合良好,就可以验证TIS 值与波长的平方成反比关系。并根
据总积分散射理论得到TIS 值的波长分布图,并将实验数据代入验证其合理性。
最后分析了黑体辐射理论并推导了太阳望远镜光学零件表面可见光波段的
TIS 值。对黑体辐射理论和普朗克公式进行了介绍和分析,并仿真分析了黑体
辐射能量密度曲线与波长和色温的关系,分析辐射能量密度曲线的峰值大小和
位置与色温的变化关系。最后根据确定的目标黑体的辐射能量密度分布和TIS
值的波长分布图,就可以得到目标黑体(太阳)可见光波段的各个波长
Subject Area光学工程
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/7967
Collection光电技术研究所博硕士论文
Affiliation中国科学院光电技术研究所
Recommended Citation
GB/T 7714
赵晓琛. 太阳望远镜光学零件表面散射光测量技术研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2016.
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