Влияние качества оптических компонентов на соотношение сигнал/шум инфракрасной оптической системы

С развитием современной науки и техники к оптическим системам выдвигаются более строгие требования, а ограничения технологии обработки и условий эксплуатации оптических компонентов неизбежно вызывают «дефекты» и загрязнения поверхности, такие как загрязнения, царапины и питтинги. . Чаще всего рассеянный свет в оптической системе попадает в оптическую систему под косым углом за пределами поля зрения, а затем рассеивается в поле зрения механическими деталями и попадает в последующий оптический путь. Такого рода рассеяние обычно легко устраняется.

Однако гораздо сложнее устранить свет, который сначала падает на линзу или зеркало, а затем рассеивается в поле зрения поверхностью оптического элемента и попадает в поле зрения оптической системы. Этот вид рассеяния обычно вызван следующими двумя факторами:

(1) Рассеяние, вызванное поверхностными царапинами, выбоинами или другими дефектами, превышающими длину волны света по сравнению с длиной волны света;

(2) Поскольку высококачественные оптические поверхности практически бездефектны, рассеяние происходит из-за небольших неровностей поверхности, вызванных полировкой или другими процессами.

В обычных условиях из-за ограничений современной технологии обработки оптические компоненты неизбежно оставляют различные дефекты в процессе обработки подложки. Кроме того, во время использования оптического элемента будет загрязняться и его поверхность.

Этот дефект и загрязнение поверхности вызовут различную степень рассеяния человеческого света, что не только увеличивает потери световой энергии, но и приводит к ухудшению качества изображения инфракрасной оптической системы, что, в свою очередь, влияет на извлечение и анализ сигнал цели с помощью инфракрасной оптической системы. , Необходимо изучить влияние дефектов оптических компонентов и загрязнения поверхности на характеристики рассеянного излучения системы.

Ранний анализ рассеянного излучения инфракрасных оптических систем в основном основывался на ручной оценке опыта. С развитием компьютерных технологий появилось большое количество программного обеспечения для анализа рассеянного излучения, включая ASAP, Zemax и TracePro. Исследования загрязнения поверхности компонентов оптических систем за рубежом проводятся относительно рано, и литература в основном сосредоточена в период с 1980 по 2000 годы. В 1996 году А.С. Грозный из Центра космических полетов НАСА и другие обсуждали влияние загрязнения поверхности компонентов на космическое оборудование и средства контроля. загрязнения.

В 1999 году Пьер Ю. Белый, Мэтт Лалло из Института космического телескопа NGST (Космический телескоп следующего поколения) и Кейт Пэрриш из Центра космических полетов Годдарда провели анализ паразитного излучения системы на основе проекта Yardstick и обсудили поверхностное загрязнение компонентов. объектов на эффективность рассеянного излучения системы.

Отечественные исследования загрязнения поверхности оптических компонентов начались поздно, и соответствующие работы невелики, но с постепенным вниманием к проблеме загрязнения. Также был достигнут некоторый прогресс в исследованиях. В 2012 году Сяо Цзин и др. провели анализ влияния загрязнения поверхности оптических компонентов на соотношение сигнал/шум системы и полагали, что когда покрытие частицами загрязнения поверхности оптических компонентов достигнет определенного уровня, это повлияет на обнаружение слабых сигналов с помощью оптическая система.

В 2015 году на основе модели неоднородного кластерного загрязнения на поверхности оптического элемента Ву Цзяньпэн и другие изучили влияние загрязнения кластерными палочками инфракрасной оптической системы на характеристики рассеянного излучения системы.

Учитывая уровень загрязнения частицами 300 на поверхности главного зеркала, на основе теории рассеяния Ми количественно анализируются характеристики рассеяния подложки главного зеркала с различными уровнями дефектов, а затем устанавливается модель рассеяния главного зеркала. На основе этого на примере оптической системы RC в сочетании с программой оптического анализа ASAP были смоделированы и проанализированы характеристики рассеянного излучения системы от умеренных загрязнений на поверхности главного зеркала и его подложки при различных уровнях дефектов, а также были получены соответствующие расчеты отношения сигнал/шум.

Согласно принципу взаимодействия света и материи, когда луч света попадает в среду, происходит ряд физических явлений, таких как пропускание, преломление и рассеяние. По рассеянию его можно разделить на упругое и неупругое рассеяние. Что касается упругого рассеяния, оно в основном включает рассеяние Рэлея, рассеяние Ми и неселективное рассеяние. Его характеристики тесно связаны с длиной волны падающего света, размером, плотностью и формой взвешенных частиц в воде.

Вообще говоря, когда размер частиц в среде намного меньше длины волны падающей световой волны, рэлеевское рассеяние можно использовать для характеристики взаимосвязи между интенсивностью рассеянного света и длиной световой волны, и когда размер частиц эквивалентной длине световой волны, рассеяние Ми можно использовать для характеристики.

Еще в 1908 году Густав Ми предложил теорию рассеяния света при объяснении различных цветов рассеяния и поглощения света крошечными коллоидными частицами золота (частицами золя золота), взвешенными в воде, которая позже была названа теорией рассеяния Ми.

Согласно теории рассеяния Ми, можно получить, что распределение интенсивности рассеянного света любой сферической частицы тесно связано с размером частицы и распределением частицы. Для системы частиц с множественным распределением частиц по размерам из теории рассеяния Ми можно знать, что когда одна сферическая частица облучается монохроматической плоской волной с длиной волны λ и интенсивностью света I0, рассеянный свет будет фотодетектор. Световая энергия, рассеянная по кольцу, равна:

В формуле: an и bn — коэффициенты Михаэлиса-Мена, представляющие собой показатель преломления m частицы относительно окружающей среды и функцию безразмерного параметра α=(πd/λ), характеризующего размер частицы. . Функция Бесселя полуцелого порядка и второй вид двучислового представления Ганкеля; πn и Tn — функции угла рассеяния, которые могут быть представлены функциями Лежандра и связанными с ними функциями Лежандра первого порядка от cosθ.

Следует отметить, что значение n не может быть слишком маленьким, иначе расчет приведет к большим ошибкам; аналогично значение n не должно быть слишком большим, иначе сходимость будет медленнее и время расчета увеличится. В этой статье речь идет о тестовой формуле, данной Вискомбом для определения эффективного значения n.

Для дефектов сферических частиц угловое распределение интенсивности света рассеянного поля можно получить из теории рассеяния Ми, а затем рассчитать рассеяние частиц разных размеров. На этой основе, выбрав подходящую статистическую модель, можно рассчитать общее рассеяние дефектов оптических компонентов.

Из-за дефектов оптических компонентов и загрязнения поверхности системы инфракрасная оптическая система не только увеличит тепловое излучение компонентов системы при обнаружении слабых сигналов, но и уменьшит интенсивность целевого сигнала в области просматривать и увеличивать уровень сигнала объектов вне поля зрения, тем самым снижая соотношение сигнал/шум системы. Когда инфракрасная оптическая система обнаруживает, шум детектора можно разделить на три категории:

(1) Собственный шум детектора, такой как составной шум, шум 1/f, тепловой шум и дробовой шум;

(2) Фотонный шум – это шум, вызванный флуктуациями фотогенерированных электронов, генерируемых сигналом и фоновым излучением, который пропорционален 1/2 степени числа фотогенерированных электронов;

(3) Шум, создаваемый нисходящим усилителем с определенной полосой частот, например шум квантования.

Расчет отношения сигнал/шум в основном включает в себя метод скорости обнаружения отношения и эквивалентный электронный метод. Эквивалентный электронный метод заключается в выражении сигнала и шума в виде количества электронов. Он преобразует мощность излучения, полученную блоком детектора, в количество фотонов, а затем получает количество электронов на основании квантовой эффективности детектора. Эквивалентное число электронов, вызванное сигналом, можно выразить как:

В формуле: PS – интенсивность целевого сигнала; η – квантовая эффективность детектора; △T – время интегрирования детектора; E=hc/λ — ширина запрещенной зоны детектора, h — постоянная Планка, c — вакуум. Скорость света, λ — длина волны обнаружения.

Точно так же количество фотоэлектронов, вызванное мощностью фонового излучения, можно выразить как:

В формуле: Pb – мощность фонового излучения.

В инфракрасной оптической системе для эффективного подавления теплового излучения самой системы детектор обычно охлаждается до низкой температуры. Поэтому собственный шум детектора намного меньше фонового радиационного шума. Когда мощность излучения сигнала цели намного меньше мощности фонового излучения, отношение сигнал/шум инфракрасной оптической системы можно выразить как:

Уравнение (6) показывает, что отношение сигнал/шум системы пропорционально мощности излучения сигнала цели и обратно пропорционально квадратному корню из фонового излучения. В целом, детекторы инфракрасных оптических систем обычно ограничены фоновым радиационным шумом при обнаружении слабых сигналов.

Для изучения влияния качества оптических компонентов на соотношение сигнал/шум инфракрасной оптической системы необходимо с помощью программного обеспечения ASAP создать трехмерную оптико-механическую имитационную модель системы и указать разумную модель рассеяния для каждого компонента системы.

Для изучения влияния загрязнения частицами поверхности главного зеркала и репликации дефектов подложки на соотношение сигнал/шум инфракрасной оптической системы в качестве примера взята RC-оптическая система. Его структура показана на рисунке 1, а программное обеспечение оптического анализа ASAP используется для создания трехмерной имитационной модели.

Полный угол обзора системы составляет 1,6°, диаметр входного зрачка 1200 мм, рабочий диапазон волн 3-5 мкм, температура системы 275 К. Система не имеет 100% согласованного холодного останова для подавления теплового излучения от компонентов, находящихся за пределами поля зрения.

Рис.1 Принципиальная схема оптической системы инфракрасного изображения

После создания имитационной модели инфракрасной оптической системы предпосылкой анализа рассеянного излучения является определение соответствующей модели рассеяния для оптических и механических частей системы, чтобы охарактеризовать характеристики рассеяния ее поверхности. В расчете предполагается, что отражательная способность зеркала равна 0,98, а для описания его характеристик рассеяния используется модифицированная модель Харви91, а его полное интегральное рассеяние TIS составляет 0,018%.

Пропускание линзы составляет 0,99, а полное интегральное рассеяние — 0,4%. Коэффициент отражения механических частей системы составляет 2%, а для описания ее характеристик рассеяния используется модель Ламберта с TIS 2%. Поверхность окрашена в черный цвет, а коэффициент поглощения составляет 0,96.

Когда чистота поверхности оптического элемента составляет 300, 500, 750 (покрытие поверхности частицами составляет 0,03%, 0,3%, 2,7% соответственно), это соответствует трем видам загрязнения зеркала: легкому загрязнению, умеренному загрязнению и сильному загрязнению. .

На рис. 2 показано нормализованное распределение двустороннего рассеяния (BSDF) в зависимости от угла рассеяния (рис. 2(а) — 300 степеней загрязнения зеркальной поверхности, рис. 2(б) — 500 степеней загрязнения зеркальной поверхности, рис. 2(в) 750 степень загрязнения поверхности отражателя). В большой системе телескопа размер главного зеркала обычно больше, и обработка сложнее.

Рис.2 BSDF вместе с нормированным распределением угла рассеяния

Поэтому данная статья посвящена исследованию качества главного зеркала. Если взять в качестве примера случай, когда загрязнение поверхности главного зеркала имеет уровень 300, характеристики рассеяния различных уровней дефектов на подложке главного зеркала аппроксимируются суммой двух модифицированных моделей Харви, чтобы соответствовать данным BSDF, рассчитанным с помощью модели рассеяния Ми.

Общее рассеяние главного зеркала представляет собой сумму шероховатости поверхности, загрязнения поверхности частицами и репликации дефектов подложки. Стандарт MIL-STD-1246C используется для аппроксимации распределения частиц загрязнения на поверхности компонента. Плотность и размер частиц загрязнения подчиняются логнормальному распределению, т.е.

В формуле: x – размер частиц загрязнителя; N(x) — количество частиц, превышающее или равное x на квадратный фут; Икс₁– уровень чистоты поверхности оптического элемента; C — константа нормализации, значение C в этом стандарте составляет 0,926. Уравнение (7) показывает, что вероятность появления частиц малого размера выше, а вероятность появления частиц крупного размера ниже. Поэтому при расчете можно аппроксимировать, что частицы загрязнения на поверхности оптического элемента представляют собой частицы малого размера.

Что касается дефектов подложки, то большое количество экспериментов и теоретических исследований показало, что размер и плотность дефектов оптических элементов подчиняются степенной экспоненциальному распределению, то есть чем меньше размер, тем больше плотность:

В формуле: P представляет собой плотность при размере дефекта, а A и m — два параметра, относящиеся к оптическим элементам. В соответствии со стандартами обнаружения дефектов поверхности подложки в национальном стандарте (GB1185-79), дефекты компонентов можно разделить на 10 уровней от низкого до высокого, таких как I-10, I-20, I-30, II и III. . Высокий показатель указывает на то, что качество обработки компонента хуже.

При репликации дефекта подложки дефект имеет цилиндрическую симметричную структуру с параболической границей, а диаметр его поверхности отвечает следующей зависимости от размера и глубины затравки:

В формуле: D – диаметр поверхностного дефекта пленки; d – диаметр затравки дефекта подложки; Т — глубина затравки. В расчете предполагается, что материал подложки главного зеркала — Si с показателем преломления 3,44-2,4×10, на подложку Si нанесен один слой пленки Ag толщиной 100 нм, защитная пленка — ZnS/YbF3. Расчетная длина волны составляет 4 мкм.

Из рисунка 2 видно, что энергия рассеяния, вызванная загрязнением поверхности главного зеркала и многократным воздействием дефектов его подложки, в основном концентрируется в прямом направлении (угол рассеяния находится в пределах 0°-90°), а при указан уровень загрязнения поверхности главного зеркала, подложки. Чем выше уровень дефектов, тем более очевидна прямая концентрация и тем более очевидно влияние на репликацию дефектов подложки.

Сравнивая далее фигуры 2(a)-(c), можно увидеть, что даже если качество обработки подложки лучше, если загрязнение поверхности оптического элемента более серьезное, тем большую величину рассеяния оно вызывает. Напротив, даже при незначительном загрязнении поверхности оптического элемента при ухудшении качества обработки подложки величина рассеяния также увеличивается.

Поскольку отношение сигнал/шум связано с сигнальным излучением и фоновым излучением, принимаемым детектором, необходимо проанализировать характеристики рассеянного излучения инфракрасной оптической системы. Фоновое излучение, принимаемое детектором, включает тепловое излучение внутренних компонентов системы и рассеянное излучение внешних источников излучения. Среди них к внешним источникам рассеянного излучения в основном относятся солнце и фон неба.

В случае загрязнения поверхности главного зеркала уровня 300, в качестве примера рассмотрим радиотелескоп, показанный на рисунке 1, дефекты подложки главного зеркала соответственно I-10, I-20, I-30, I и II и главное зеркало. Предварительный анализ шести условий чистоты (т.е. отсутствие дефектов на подложке и отсутствие загрязнений на поверхности главного зеркала) установил, что сумма потоков рассеянного излучения механических частей системы равна больше, чем сумма потоков рассеянного излучения оптических частей. Оптимизируйте следующим образом:

(1) На капот системы добавлено светоблокирующее кольцо;

(2) Зачерните некритические механические части;

(3) Придайте шероховатость оправе линзы и т. д., которые являются основной, но не облучаемой поверхностью;

(3)Для опорных ребер и т. д., которые являются как основной, так и облучаемой поверхностью, сначала зачерните их, а затем придайте им шероховатость. В таблице 1 приведены потоки рассеянного излучения каждого элемента инфракрасной оптической системы, достигающие плоскости изображения детектора.

Как видно из таблицы 1: При заданном загрязнении поверхности главного зеркала на 300 уровней с увеличением уровня дефектности подложки главного зеркала поток рассеянного излучения главного зеркала будет увеличиваться с увеличением его собственная излучательная способность. Увеличивать. Поток рассеянного излучения вторичного зеркала практически не изменяется. Основная причина заключается в том, что вторичное зеркало обращено к детектору, и его собственное рассеянное излучение кадмия может напрямую достигать детектора, поэтому на него меньше влияет дефект подложки первичного зеркала.

Поток рассеянного излучения трех линз и оправы объектива почти не изменяется, главным образом потому, что этот элемент расположен в задней группе системы, и его собственное рассеянное излучение не нуждается в отражении и рассеянии первичным и вторичные зеркала. Поток рассеянного излучения опорных ребер и колпака будет возрастать с увеличением величины рассеяния на поверхности главного зеркала. Основная причина заключается в том, что рассеянное излучение механических частей попадает на последующий оптический путь через рассеяние главного и вторичного зеркал и, наконец, достигает детектора.

Как правило, солнечное излучение не может напрямую достичь плоскости изображения системы, а его рассеянное излучение может достичь детектора только за счет рассеяния внутренних компонентов системы. Поскольку оптическая система обычно не обнаруживает цель напрямую, предполагается, что углы между падающим светом Солнца и оптической осью системы составляют 10°, 20° и 30° соответственно, и солнце рассматривается как черное тело с температурой 5900К.

Фон неба в основном достигает фокальной плоскости детектора за счет отражения главного и вторичного зеркал. При анализе характеристик рассеянного излучения фона неба фон неба эквивалентен черному телу с температурой 200–280 К. Загрязнение поверхности главного зеркала находится на уровне 300, при различных уровнях дефектности главного зеркала и при идеальном главном зеркале поток рассеянного излучения фона солнца и неба, принимаемый детектором, приведен в таблице 2 с длина волны 3-5 мкм.

Из таблицы 2 видно, что поток рассеянного солнечного излучения, принимаемый детектором, меньше потока рассеянного излучения фона неба. Кроме того, при загрязнении поверхности главного зеркала уровня 300, когда угол падения солнца и оптическая ось системы постоянны, поток солнечного рассеянного излучения, принимаемый детектором, будет значительно возрастать с увеличением дефекта. уровень подложки главного зеркала.

Основная причина заключается в том, что чем выше уровень дефекта подложки, тем больше степень рассеяния на поверхности компонента и тем больше энергия солнечного излучения, которая в конечном итоге рассеивается зеркалом и достигает детектора.

При постоянном уровне дефектности подложки главного зеркала по мере увеличения угла падения Солнца и оптической оси системы поток солнечного рассеянного излучения, принимаемый детектором, постепенно уменьшается.

При неизменности фоновой температуры неба поток рассеянного излучения различных уровней дефектов подложки главного зеркала будет постепенно уменьшаться по мере уменьшения пропускания системы, но это изменение незначительно. При изменении эффективной температуры излучения фона неба в пределах 200-280К поток рассеянного излучения фона неба, собираемый детектором, будет постепенно увеличиваться с увеличением его радиационной температуры.

Из табл. 1 и табл. 2 видно, что солнечное излучение, принимаемое детектором, меньше фона неба и теплового излучения внутренних компонентов системы. Поэтому при анализе влияния загрязнения поверхности главного зеркала и разного уровня дефектности подложки на соотношение сигнал/шум учитывают только солнечное излучение. Обсудите ситуацию, когда угол между человеческим лучом и оптической осью системы составляет 30°. °. Уравнение (6) показывает, что отношение сигнал/шум системы связано с сигнальным излучением и фоновым излучением, принимаемым детектором.

Фоновое излучение, принимаемое детектором, представляет собой сумму теплового излучения внутренних компонентов системы и рассеянного излучения Солнца и неба. Относительное изменение отношения сигнал/шум, вызванное загрязнением и дефектами оптического элемента, связано только с относительной величиной сигнала и фонового излучения, но не с исходным отношением сигнал/шум, когда оптический элемент чистый.

Чтобы удобно и интуитивно проанализировать относительное влияние загрязнения зеркала на соотношение сигнал/шум, отношение сигнал/шум, когда поверхность зеркала чистая и с различными температурами фонового излучения неба, устанавливается равным 1, чтобы получить интенсивность целевого сигнала для последующих расчетов.

Параметры, используемые для расчета отношения сигнал/шум: △T=1X10, η=0,5, E=1,7x10J. В табл. 3 показано относительное значение отношения сигнал/шум при воспроизведении дефектов с различной температурой излучения на фоне неба и разным уровнем дефектов на подложке главного зеркала.

Анализируя таблицу 3, видно, что при 300-уровневой загрязненности поверхности главного зеркала отношение сигнал/шум значительно снижается по мере увеличения уровня дефектности подложки главного зеркала. Кроме того, когда уровень дефектности подложки главного зеркала остается неизменным, при повышении температуры фонового излучения неба влияние загрязнения на поверхность главного зеркала и различные уровни дефектов подложки на соотношение сигнал-шум соотношение постепенно снижается.

В процессе работы инфракрасной оптической системы, когда загрязнение поверхности оптического элемента и уровень дефектности подложки находятся в определенном диапазоне, эффективность обнаружения системы можно считать практически неизменной, а когда уровень зеркала загрязнение и дефекты подложки превышают этот предел, эффективность системы обнаружения быстро снижается, а допустимый диапазон уровней загрязнения и дефектов представляет собой устойчивость системы к загрязнению.

Для инфракрасных оптических систем устойчивость оптических компонентов к загрязнению можно определить как: относительное изменение отношения сигнал/шум до и после загрязнения должно контролироваться на уровне около 10 %, чтобы обеспечить эффективное обнаружение слабых сигналов, когда сигнал Отношение шум/низкое.

Чтобы обеспечить эффективность обнаружения системы, то есть изменение отношения сигнал/шум, вызванное загрязнением и дефектами, не может превышать 10%. Согласно расчету моделирования в разделе 2.3.3, можно знать, что когда загрязнение поверхности главного зеркала задано на уровне 300, когда подложка дефектна, это класс II, а относительное снижение сигнала к коэффициент шума при фоновой температуре неба менее 280К превысил 10%.

В настоящее время, учитывая уровень загрязнения поверхности главного зеркала 300, для обеспечения эффективности обнаружения системы уровень дефектов оптических компонентов должен строго контролироваться в пределах уровня II.

Кроме того, в практических приложениях необходимо еще больше снизить влияние загрязнения оптических компонентов частицами на соотношение сигнал/шум системы посредством мониторинга и контроля загрязнения. Прежде всего, для оптических компонентов с разной устойчивостью к загрязнению используются разные методы обнаружения загрязнений. Для поверхности компонента с высокой степенью допуска загрязнения: если компонент загрязнен, очистите его и обслуживайте.

Для некоторых поверхностей с более строгими требованиями к чистоте рядом можно разместить аналогичный шаблон мониторинга. Онлайн-мониторинг поверхности компонента можно реализовать с помощью шаблона мониторинга. Если обнаруживается, что чистота ниже допустимого диапазона, образец для мониторинга и загрязненные компоненты должны быть очищены одновременно.

Во-вторых, во время наблюдения следует выбирать хорошие условия окружающей среды, а время воздействия на поверхность компонента должно быть максимально сведено к минимуму. Во время работы системы следует избегать источников молекулярного загрязнения, таких как загрязнение частицами и нефтью, а работники должны соблюдать соответствующие правила загрязнения до и после входа в зону контроля загрязнения.

Чтобы уменьшить или даже искоренить загрязнение поверхности компонентов из источника, необходимо принять меры профилактики, исходя из следующих аспектов. Прежде всего, при проектировании системы чувствительные к загрязнению компоненты должны быть расположены как можно дальше от источника загрязнения, чтобы источник загрязнения не мог напрямую «видеть» ключевую поверхность. Во-вторых, при выборе комплектующих материалов следует заранее уточнить характеристики и технологию обработки выбираемых материалов.

Кроме того, чистота поверхности компонентов должна контролироваться на протяжении всего процесса сборки системы, а время воздействия на поверхность компонентов должно быть сведено к минимуму.

Наконец, следует принять меры по укрытию во время транспортировки и во время простоя. Кроме того, если установлено, что уровень загрязнения поверхности детали превышает допуск, необходимо принять меры по очистке поверхности детали. Например, использование бесконтактных методов очистки, таких как распыление жидкости, позволяет контролировать чистоту очищаемой поверхности компонента в пределах уровня 250 (Поверхностное покрытие загрязненными частицами компонента составляет около 0,01%).

На основе теории метрового рассеяния с использованием модели загрязнения частиц и статистической модели распределения дефектов подложки проанализированы характеристики рассеяния оптических элементов с разным уровнем дефектности на подложке при уровне загрязнения поверхности главного зеркала 300: и модель рассеяния установлена.

Наконец, на примере системы RC-телескопа рассчитывается влияние на соотношение сигнал/шум. Учитывая, что поверхностное загрязнение данного компонента составляет 300, исследование показывает, что:

(1) С увеличением уровня дефектов подложки главного зеркала количество рассеяния постепенно увеличивается, и чем выше уровень дефектов подложки главного зеркала, тем более очевидна прямая концентрация, поэтому тем выше уровень дефектов подложки главного зеркала. Подложка основного зеркала, эффект репликации более очевиден;

(2) Анализ теплового излучения системы телескопа RC показывает, что для главного зеркала, вторичного зеркала и опорного зеркала элемента в поле зрения наблюдается рассеяние.

Лучистый поток сильно не меняется, но для кольца главного зеркала, кольца вторичного зеркала и фермы элементов вне поля зрения рассеянное излучение будет быстро возрастать по мере увеличения величины рассеяния на поверхности главного зеркала;

3. Анализ характеристик внешнего рассеянного солнечного излучения показывает, что с увеличением уровня дефектности подложки главного зеркала поток солнечного рассеянного излучения, принимаемый детектором, существенно возрастает.

4. Анализ характеристик внешнего рассеянного излучения фона неба показывает, что при неизменении температуры фона неба поток рассеянного излучения незначительно уменьшается с увеличением уровня дефектности подложки главного зеркала. При изменении эффективной температуры излучения фона неба в пределах 200~280К поток рассеянного излучения фона неба, принимаемый детектором, будет постепенно возрастать с увеличением его радиационной температуры;

(5) Анализ отношения сигнал/шум системы показывает, что при постоянной температуре излучения фона неба отношение сигнал/шум постепенно уменьшается с увеличением уровня дефектности подложки главного зеркала. Кроме того, когда уровень дефектности подложки главного зеркала остается неизменным, по мере увеличения температуры фонового излучения неба влияние различных уровней дефектности подложки главного зеркала на соотношение сигнал/шум постепенно уменьшается;

(6) Анализ допусков оптических компонентов системы показывает, что уровень дефектов оптических компонентов необходимо строго контролировать в пределах II уровня. Поэтому в практических приложениях необходимо строго контролировать уровень загрязнения поверхности оптического элемента и уровень дефектов поверхности подложки, чтобы гарантировать, что характеристики инфракрасной оптической системы соответствуют требованиям.

Будучи экспертом в области исследований инфракрасных оптических линз на протяжении многих лет, Quanhom может дать вам некоторые профессиональные рекомендации в различных местах.

Как опытный производитель опто-электромеханических компонентов, компания Quanhom оснащена профессиональной системой контроля качества и комплексной командой менеджеров и пользуется высокой репутацией в отрасли. Наша продукция продается по всему миру и используется во всех сферах жизни. Наш продуманный комплексный сервис покупок также получил единодушную похвалу от клиентов. Если вы заинтересованы в наших инфракрасных оптических линзах, немедленно свяжитесь с нами!

Автор: Ю Синхай, Чжан Бинь

Источник журнала: Том 47 №3 Инфракрасная и лазерная техника, март 2018 г.

Рукопись получена: 5 октября 2017 г., дата редактирования: 15 ноября 2017 г.

[1] Цзян Лунь, Ху Юань, Донг Кеян и др. Пассивная атермальная конструкция двухдиапазонной инфракрасной оптической системы [J]. Инфракрасная и лазерная техника, 2015, 44(11): 3353-3357. (на китайском языке)

[2] Фейси Т.А., Нонненмахер А.Л. Измерение полной полусферической излучательной способности загрязненных зеркальных поверхностей [C]//SPIE, 1989, 967: 308-313.

[3] Спяк П.Р., Вулф В.Л. Рассеяние от зеркал, загрязненных твердыми частицами. Часть 1: теория и эксперимент для полистироловых сфер и =0,6328 [Дж]. Оптическая инженерия, 1992, 31 (8): 1746–1756.

[4] MIL-STD-1246C. (15 февраля 2002 г.) [С]. Военные стандарты уровня чистоты продукции и программа контроля загрязнения, 2002 г.

[5] Ли Фанцинь, Чжан Бинь, Сяо Цзин и др. Анализ рассеянного света загрязненного зеркала инфракрасной оптической системы[J]. Оптика и оптоэлектронные технологии, 2010, 8(4): 22-25. (на китайском языке)

[6] Пьер И. Белый, Мэтт Лалло, Ларри Петро. Анализ рассеянного света эталонной миссии [DB/OL]. [1999-07-23].http://www.ngst.stsciedu/nms/main/repo.

[7] Триббл А.С., Бояджян Б., Дэвис Дж. и др. Руководство по проектированию систем контроля загрязнения для аэрокосмического сообщества [справа]. Алабама, Центр космических полетов Маршалла: отчет подрядчика НАСА, 1996: 4740.

[8] Хэ П., Сяо Дж., Чжан Б. и др. Влияние загрязненного зеркала на распределение потоков рассеянного излучения инфракрасных телескопических систем [C]//SPIE, 2010, 7654:76540T.

[9] Сяо Цзин, Чжан Бинь. Влияние загрязнения оптических компонентов на соотношение сигнал/шум в инфракрасных оптических системах [J]. Инфракрасная и лазерная техника, 2012, 41 (4): 1010-1016. (на китайском языке)

[10] У Цзяньпэн, Ло Вэньфэй, Пэн Цзяци и др. Влияние загрязнения кластерами частиц на рассеянное световое излучение инфракрасных оптических систем [J]. Журнал Сычуаньского университета (издание по инженерным наукам), 2010, 8 (4): 22–25. (на китайском языке)

[11] Дэйв Дж. В. Рассеяние видимого света большими водными сферами [J]. Прикладная оптика, 1969, 8(1): 155-164.

[12] Чжан Вэй, Лу Юань, Ду Шимин и др. Анализ характеристик рассеяния Ми [J]. Оптическая техника, 2010, 36(6): 936-939. (на китайском языке)

[13] Ван Сюэянь. Исследование алгоритма определения размера частиц на основе теории Ми [Д. Технологический университет, 2011 г.]. (на китайском языке)

[14] Крейг Ф. Борен, Дональд Р. Хаффман. Поглощение и рассеяние света малыми частицами [М]. США: John Wiley & Sons, Inc., 1998: 234–288.

[15] Эйкенс Д.М., Вулф К.Р., Лоусон Дж.К. Использование функций спектральной плотности мощности (PSD) при определении оптики для Национальной установки зажигания [C] //SPIE, 1995, 2576: 281-292.

[16] Ян Пэйпэй, Фань Сюэу. Оптический расчет и анализ рассеянного света системы R-C [J]. Инфракрасные технологии, 2011, 33 (4): 214-218. (на китайском языке)

[17] Чжоу Лидань. Исследование статистического закона между распределением «дефектов» оптических компонентов и качеством ближнего поля в мощной лазерной системе [D]. Мяньян: Китайская академия инженерной физики, 2009 г. (на китайском языке).

[18] Ю Синхай, Ху Сяочуань, Пэн Цзяци и др. Влияние дефектов компонентов на характеристики рассеянного излучения инфракрасной оптической системы [J]. Инфракрасная и лазерная техника, 2017, 46(1): 0120004. (на китайском языке).

[19] Сюй Дэянь, Ван Цин, Гао Чжишань и др. Текущие методы обнаружения оптических компонентов и международные стандарты [M]. Пекин: Science Press, 2009: 264–267. (на китайском языке)

[20] Шань Юнгуан, Лю Сяофэн, Хэ Хунбо и др. Ход исследования узловых дефектов в оптических покрытиях [J]. High Power Laser and Particle Beams, 2011, 23(6): 1421-1429. (на китайском языке)

[21] Триббл А.С., Бояджян Б., Дэвис Дж. и др.1. Руководство по проектированию систем контроля загрязнения для аэрокосмического сообщества. Отчет подрядчика НАСА [справа]. Алабама: Центр космических полетов Маршалла, 1996: 4740.

[22] Чен П.Т., Хеджленд Р.Дж., Томсон С.Р. Поверхностное размещение молекулярных загрязнений [C] // Загрязнение оптической системы: эффекты, измерение, контроль II. Международное общество оптики и фотоники, 1990: 327-336.

[23] Вест К.Э., Бух Р.М., Ленкевич М.Ю. Выбор материалов в связи с загрязнением поверхностей космических аппаратов [J]. Sampe Quarterly, 1988, 19(2): 29–35.

[24] Лэй Минь, Ли Сяопин, Мяо Хуайкунь. Разработка методов контроля загрязнения поверхностей оптики EUV [J]. Прогресс лазера и оптоэлектроники, 2013, 50 (3): 030005. (на китайском языке)