一种极大望远镜光谱仪器光学面散射杂散光建模方法技术

本发明专利技术涉及一种极大望远镜终端仪器杂散光分析建模方法，主要包括如下步骤：1.使用小型粗糙度测量仪测量光学面表面粗糙度，依次测量光谱仪器所有光学面；2.对于平滑的光学面由粗糙度引起的散射可以采用哈维Harvey模型建模，使用双向散射分布函数BSDF表征光学面散射情况；3.对于光学面单个颗粒污染物导致的散射，采用米氏散射理论建模，模拟了单个粒子散射；4利用模拟颗粒分布模型即IEST‑STD‑CC1246D模型，预测表面的粒子分布；5获取待测光学面表面颗粒分布，采用显微镜连接CCD观测待测光学面，拍摄颗粒分布图像并保存；将图像导入MATLAB；6.在MATLAB中编写算法进行图像处理，识别颗粒直径；7选取关键参数斜率S，清洁度CL；8将S、CL值带入光学分析软件FRED，另输入实际波长、光学面折射率参数即可计算绘图由颗粒引起的散射BSDF。

Modeling method for scattering scattering light of optical surface of a maximum telescope spectrometer

The present invention relates to a stray light analysis and modeling method for a maximum telescope terminal instrument, which mainly comprises the following steps: 1. measuring the surface roughness of an optical surface with a miniature roughness measuring instrument and measuring all the optical surfaces of the spectrometer in turn; 2. establishing a Harvey model for the scattering caused by the roughness of a smooth optical surface. The scattering of a single particle on the optical surface is modeled by Mie's scattering theory. 4 The particle distribution model, IEST_STD_CC1246D model, is used to predict the particle distribution on the surface. The particle distribution on the surface of the surface is observed by CCD connected with a microscope, and the image of particle distribution is taken and saved; the image is imported into MATLAB; 6. Image processing is carried out in MATLAB to identify the particle diameter; 7. Slope S is selected as the key parameter, cleanliness CL; 8. S and CL values are brought into the optical analysis software FRED and input in addition. The actual wavelength and the refractive index of the optical surface can be used to calculate the scattering BSDF caused by the particle.

【技术实现步骤摘要】
一种极大望远镜光谱仪器光学面散射杂散光建模方法
本专利技术涉及一种极大望远镜终端仪器杂散光分析建模方法，特别是光学面粗糙度、颗粒污染杂散光的分析方法。
技术介绍
目前天文学与天文仪器取得了巨大的进展，国际上已建成一批8-10米级望远镜和仪器系统，我国12米望远镜也已进入概念设计阶段。极大望远镜长期规划的科学目标对终端光谱仪器有着严苛的性能要求对光系统来说，杂散光情况是评价系统优劣的重要依据。光谱仪器要做到低背景光谱、高信噪比，保证优良的单色性，杂散光的控制就显得尤为重要。杂散光，可以定义为未遵循预定路径而到达焦面的光线。系统的非成像杂散光主要来源有两大类：其一是非成像光束的在像平面产生的亮背景。这主要是由于机械系统缝隙外光线以及视场外光线没有进行有效的遮拦而到达探测器上形成的；其二是系统因散射产生的非定向杂散光。这部分杂散光形成的机制是表面的不绝对光滑。第一类杂散光成像遵循菲尼尔折反射定律与衍射公式，可以采用光线追迹的方式追迹分析。第二类杂散光其散射机理不遵循既定公式，因此采用散射理论来模拟杂散光。极大望远镜终端光谱仪器，通常包含大量光学表面，即光学系统中参与成像的表面。通常来说这些本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种极大望远镜光谱仪器光学面散射杂散光建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、使用表面粗糙度测量仪或白光干涉仪测量光学面表面粗糙度σ，依次测量光谱仪器所有光学面；步骤二、对于平滑的光学面由粗糙度引起的散射可以采用哈维Harvey模型建模，使用双向散射分布函数BSDF表征光学面散射情况：Heavy函数形式如eq.1，包括三个参数b0,L,S，其中b0对应函数峰值，L描述峰值的宽度，S描述了大散射角下的对数下降情况；三个参数可以与全积分散射TIS公式eq.2联立求解；

【技术特征摘要】
1.一种极大望远镜光谱仪器光学面散射杂散光建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、使用表面粗糙度测量仪或白光干涉仪测量光学面表面粗糙度σ，依次测量光谱仪器所有光学面；步骤二、对于平滑的光学面由粗糙度引起的散射可以采用哈维Harvey模型建模，使用双向散射分布函数BSDF表征光学面散射情况：Heavy函数形式如eq.1，包括三个参数b0,L,S，其中b0对应函数峰值，L描述峰值的宽度，S描述了大散射角下的对数下降情况；三个参数可以与全积分散射TIS公式eq.2联立求解；β≡sin(θscatter)β0≡sin(θspecular)(eq.1)其中θscatter、θspecular分别为入射光经过光学面的散射角，反射角，β、β0为与之对应的正弦值，r为光学面曲率半径。对于表面粗糙度σ远小于波长λ的表面，其TIS可由eq.3表示；将eq.3带入eq.2即可得eq.4，其中Δn为待测光学面与介质的折射率变化量。λ为入射光波长，K为表面平均透射或反射效率。将L、S设为典型值L＝0.01,S＝-1.5，带入由粗糙度测量仪获取的表面粗糙度σ，即可求解第三参数b0；步骤三、对于光学面单个颗粒污染物导致的散射，采用米氏散射理论建模，其理论模型如eq.5、eq.6所示。该理论预测真空波长为λ散射光的大小和角度分布与尺寸因子x成正比，其中Re(N)为复合折射率N的实部，D为球星颗粒直径，m为相对折射率。单个颗粒的双向反射分布函数BRDF与双向透射分布函数BTDF可由eq.7、eq.8计算，其中：其中Is和Ip是s和p偏振光的强度，Di是第i个颗粒的直径；步骤四、在利用米氏散射理论模拟了单个粒子散射之后，利用模拟颗粒分布模型即IEST-STD-CC1246D模型，预测表面的粒子分布，其函数表达式eq.9，该模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永田，张天一，侯永辉，丰帆，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32