雜散光的危害及抑制和消除新技術(shù)
一、什么是雜散光
雜散光是指光學(xué)系統(tǒng)中除了正常成像光線外，到達(dá)探測(cè)器表面的其他非成像光線，以及經(jīng)過(guò)非正常光路到達(dá)探測(cè)器的成像光線。雜散光是一種有害的光，是光學(xué)系統(tǒng)中非預(yù)期的光線，也稱作光學(xué)“噪聲”。
二、 雜散光的危害
光學(xué)系統(tǒng)中的雜光會(huì)使成像畫面如蒙薄霧，主要是因?yàn)榇罅康碾s光到達(dá)像面后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)近似均勻的附加照度被探測(cè)器接收，其次，雜光的存在會(huì)使系統(tǒng)參與成像的光能量降低。由于雜光的影響，目標(biāo)成像畫面中暗部階調(diào)的再現(xiàn)受到破壞、黑部明顯變灰，導(dǎo)致畫面的對(duì)比度降低、層次（即區(qū)分整個(gè)畫面不同階調(diào)的能力）減少，使畫面缺乏質(zhì)感，顯得平淡模糊。在彩色電影或彩色電視等圖像顯示中，雜光會(huì)使整個(gè)畫面色彩失真、彩色飽和度下降以及色彩陳舊，嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。
雜散光嚴(yán)重影響空間光學(xué)系統(tǒng)的性能，降低像面的對(duì)比度，增加系統(tǒng)噪聲，使得系統(tǒng)圖像模糊，成像質(zhì)量下降，目標(biāo)信號(hào)被淹沒(méi)，甚至可能使系統(tǒng)失效。
雜散光還會(huì)影響光度測(cè)量的精度和準(zhǔn)確性，導(dǎo)致光電探測(cè)數(shù)據(jù)被嚴(yán)重干擾，獲取數(shù)據(jù)失去真實(shí)性，從而增加后期處理和算法的壓力。
三、雜散光的分類
雜散光是指到達(dá)像面的非成像光線或者經(jīng)過(guò)非正常路徑后到達(dá)像面的成像光線。雜散光主要有以下三類：
類：系統(tǒng)外部雜光光源產(chǎn)生的雜散光。指太陽(yáng)光、地球表面及大氣散射光等光學(xué)系統(tǒng)外部的非目標(biāo)輻射源進(jìn)入到光學(xué)系統(tǒng)中，在系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)表面經(jīng)過(guò)一系列的反射、折射或者衍射，最終到達(dá)探測(cè)器像面。
第二類：系統(tǒng)內(nèi)部輻射產(chǎn)生的雜散光。光學(xué)系統(tǒng)在成像或探測(cè)過(guò)程中，機(jī)械結(jié)構(gòu)中的元件及設(shè)備如電機(jī)等會(huì)產(chǎn)生熱輻射，輻射光線到達(dá)像面會(huì)影響成像質(zhì)量。
第三類：成像光線在系統(tǒng)中未按照正常光路傳播、而是經(jīng)光路表面非正常路徑傳播，或者非光路表面?zhèn)鬟f到探測(cè)器像面。如在折射式光學(xué)系統(tǒng)中光線偶次反射形成的鬼像，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能。
雜散光的示例包括:
? 光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部機(jī)構(gòu)件表面的反射光
? 穿過(guò)封閉系統(tǒng)間隙的漏光
? 從系統(tǒng)光學(xué)表面的灰塵或其他缺陷處反射出來(lái)的散射光
? 對(duì)于地面天文學(xué)來(lái)說(shuō)，由城市上空大氣的光反射引起的天空輝光是雜散光的主要來(lái)源
? 太陽(yáng)、地球和月球是軌道望遠(yuǎn)鏡常見的不需要的外部光源。
四、雜散光的抑制和消除方法
? 移除 Move it：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中更改結(jié)構(gòu)位置、光學(xué)設(shè)計(jì)中更改光學(xué)參數(shù)；
? 遮擋 Block it：設(shè)計(jì)增加光闌、遮光罩、擋光環(huán)、冷屏、濾光片、消光片等；
? 表面處理 Coat it：鍍膜、噴漆、改變光學(xué)表面的粗糙度，及其它表面微結(jié)構(gòu)等；
? 清潔 Clean it：主要是清潔光學(xué)表面的污染，比如冷加工中的磨料殘留等；
使用遮光擋板或吸光消光涂層，阻擋或吸收來(lái)自不需要的光源的雜散光，是最常見的有效方法。
遮光罩是一種可以阻擋或反射雜散光的物體，通常安裝在光學(xué)系統(tǒng)的入口或出口處，或者在光路中的關(guān)鍵位置。最常見的例子是太空望遠(yuǎn)鏡和攝像鏡頭，它們通常使用復(fù)雜的遮光罩來(lái)避免太陽(yáng)、地球和月球等強(qiáng)烈的光源對(duì)觀測(cè)目標(biāo)的干擾。
吸光消光涂層是一種可以吸收或減少雜散光的材料，通常制備在光通道內(nèi)光學(xué)元件的表面或內(nèi)部。
目前世界上最成功的超黑吸光涂層是以色列Acktar公司提供的一種黑色涂層，其可見光、紅外光和紫外光的吸收率可以達(dá)到99%以上，從而大幅降低雜散光的影響。目前在國(guó)內(nèi)，深圳市精石納米技術(shù)有限公司推出的Magicnano Super Black超黑納米鍍膜，采用和以色列Acktar 近似的真空沉積技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了寬波段總吸收率達(dá)99%以上，成功完成國(guó)產(chǎn)替代，是國(guó)內(nèi)光學(xué)領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)和材料的一個(gè)重大突破。
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