本文關鍵詞：太陽望遠鏡光學零件表面散射光測量技術研究

  更多相關文章： 散射光 總積分散射理論 積分球 自制總積分散射測量儀 太陽望遠鏡光學零件表面

【摘要】：散射光嚴重影響光學系統的成像質量。光學系統的成像對比度,圖像的清晰度都會因散射光而降低,甚至散射噪聲會完全覆蓋目標信號。對于觀測太陽的光學系統而言,由于太陽光強度大,太陽表面成像對比度較小,即使是較為微弱的散射光都會對成像對比度造成重大影響,因此,散射光問題日益變成制約太陽光學系統成像性能的重要阻礙。本文對太陽望遠鏡光學零件表面散射光的測量技術進行研究。首先本文對散射光基礎理論與測量方法進行研究。介紹了經典的光學表面散射光基礎理論,主要包括有雙向反射分布函數理論和總積分散射理論。后又介紹了光學表面散射光的測量方法,主要包括有BRDF法和TIS法。然后簡要介紹了本文采用的TIS法的測量裝置,最后根據對不同測量原理和方法的對比來闡述本文采用TIS法進行散射光測量的原因。其次對積分球的理論進行了深入分析并對實體積分球進行建模。公式推導并分析了積分球的出射照度與積分球內球壁的光譜反射比,進入積分球的總光譜輻射通量,積分球內球的半徑大小,積分球總開口球面面積與積分球內部總反射球面面積(包括開口部分)之比的關系,并以已有的實體積分球為例,用SolidWorks對實體積分球進行了建模,并將其導入到TracePro中對其進行仿真分析,根據TracePro中材料數據庫的材料特性來驗證積分球模型的可行性,并對實驗光源的光束半徑進行了仿真分析。第三,搭建了自制總積分散射測量裝置。搭建了以積分球為核心的總積分散射儀,包括積分球,半導體光源和功率計等。并用650nm的半導體激光光源進行實驗,得到的結果與德國漢諾威激光中心生產的633nm的總積分散射儀測得的結果進行比對,驗證自制總積分散射儀的可行性,自制總積分散射儀的測量不確定度是否能達到預期目標,并對造成自制總積分散射儀與德制的總積分散射儀的實驗結果不同的原因進行分析。然后實驗驗證了總積分散射理論。對總積分散射理論中TIS值與光源波長的平方成反比的關系進行實驗驗證。利用自制總積分散射裝置對三個光波波長(分別為650nm,520nm和450nm)的半導體光源進行了實驗,并對650nm的紅光和450nm的藍光的數據進行了數值擬合,將520nm的測量結果代入擬合得到數值公式,如符合良好,就可以驗證TIS值與波長的平方成反比關系。并根據總積分散射理論得到TIS值的波長分布圖,并將實驗數據代入驗證其合理性。最后分析了黑體輻射理論并推導了太陽望遠鏡光學零件表面可見光波段的TIS值。對黑體輻射理論和普朗克公式進行了介紹和分析,并仿真分析了黑體輻射能量密度曲線與波長和色溫的關系,分析輻射能量密度曲線的峰值大小和位置與色溫的變化關系。最后根據確定的目標黑體的輻射能量密度分布和TIS值的波長分布圖,就可以得到目標黑體(太陽)可見光波段的各個波長分量的所占的散射光大小,各個波長分量的TIS值和總散射光的大小。
【關鍵詞】：散射光 總積分散射理論 積分球 自制總積分散射測量儀 太陽望遠鏡光學零件表面
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(光電技術研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH751
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-23
• 1.1 課題背景及研究目的和意義11-14
• 1.2 散射光測量技術的發(fā)展概況14-20
• 1.2.1 國外散射光測量技術的發(fā)展概況14-16
• 1.2.2 國內散射光測量技術的發(fā)展概況16-20
• 1.3 論文主要研究內容及章節(jié)安排20-22
• 1.4 本章小結22-23
• 2 散射光基礎理論與測量方法分析23-28
• 2.1 散射理論23-25
• 2.1.1 雙向反射分布函數理論23-24
• 2.1.2 總積分散射理論24-25
• 2.2 散射測量方法25-27
• 2.2.1 BRDF法25
• 2.2.2 TIS法25-27
• 2.3 本章小結27-28
• 3 積分球建模分析與總積分散射儀的搭建28-41
• 3.1 積分球理論模型28-31
• 3.2 積分球系統誤差分析31-32
• 3.3 三維建模32-33
• 3.4 TracePro仿真分析33-40
• 3.4.1 TracePro光線分析原理34
• 3.4.2 TracePro重要參數設置34-35
• 3.4.3 TracePro仿真設計過程35-39
• 3.4.4 對光源尺寸的仿真39-40
• 3.5 本章小結40-41
• 4 總積分散射儀的搭建與實驗41-48
• 4.1 總積分散射儀41-44
• 4.1.1 系統組成41-42
• 4.1.2 測試步驟42-44
• 4.2 總積分散射儀單波長實驗44
• 4.3 實驗結果對比44-46
• 4.4 本章小結46-48
• 5 TIS光譜散射特性研究48-56
• 5.1 總積分散射儀多波長實驗48-50
• 5.2 黑體輻射理論50-52
• 5.3 太陽可見光波段總TIS仿真分析52-55
• 5.4 小結55-56
• 6 總結與展望56-59
• 6.1 本文主要工作及成果56-57
• 6.2 今后工作的展望57-59
• 參考文獻59-63
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果63

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本文編號：1061542