元件缺陷对红外光学系统杂散辐射特性的影响

针对红外光学系统元件表面缺陷问题,基于米氏散射理论定量分析了不同疵病等级光学元件表面散射特性,讨论了光学元件表面双向散射分布函数(BSDF)的变化规律,进而建立光学元件不同疵病等级的散射模型。在此基础上,以双子望远镜系统为例,利用ASAP光学分析软件对其主镜在不同疵病等级的情况下,到达探测器像面上的系统自身热辐射通量及其分布进行了仿真计算,并根据有效发射率的定义,对系统杂散辐射性能进行了定量评价。研究分析发现:光学元件不同疵病等级不仅会造成系统杂散辐射特性及其在探测器像面上的辐射通量分布发生变化,而且还会导致其有效发射率发生变化。对主镜疵病等级分别为0、I-10、I-20、I-30、II和III的情况,计算得到系统有效发射率分别为2.19%、2.34%、2.46%、2.59%、2.72%和3.08%。由此可见,随着疵病等级的增加,系统杂散辐射性能逐渐降低。实际工作中,必须严格控制光学元件表面疵病等级。

光学元件质量对红外光学系统信噪比的影响

基于米氏散射理论,建立了光学元件基板不同疵病等级光学元件的散射模型,进而定量分析了元件表面存在粒子污染时的基板缺陷复制引起的表面散射特性。在此基础上,以R-C光学系统为例,利用ASAP(Advanced System Analysis Program)光学分析软件,针对主镜表面存在粒子污染的情况,仿真计算和分析系统主镜基板不同疵病等级的杂散辐射特性,并根据信噪比的计算方法,对系统信噪比进行了计算和分析。结果表明:当天空背景辐射温度不变时,随着主镜基板疵病等级的增加,系统信噪比明显减小。当主镜基板疵病等级不变时,随着天空背景辐射温度的升高,主镜基板不同疵病等级对信噪比的影响逐渐减小。当天空背景温度为200 K时,对于主镜表面粒子污染为300等级(粒子表面覆盖率为0.03%),且其基板疵病等级分别为Ⅰ-10、Ⅰ-20、Ⅰ-30、Ⅱ和Ⅲ五种情况,计算得到系统相对信噪比(相对于理想主镜)分别为0.932、0.920、0.906、0.832和0.807。由此可见,当元件光学特性变差时,为保证微弱信号的有效探测,必须将疵病等级严格控制在Ⅱ级以内。

光学元件表面洁净度对其表面散射特性的影响

针对光学系统在实际工作中元件表面污染粒子对光的散射问题,以空气中Al2O3污染粒子为例,基于米氏散射理论,模拟和分析了元件表面双向反射分布函数(BRDF)随散射角的变化规律,进而定量计算了元件表面全积分散射值(TIS)。在此基础上,进一步分析了影响表面洁净度的三个主要因素(空气洁净度、工作面朝向和曝露时间)对元件表面BRDF及其TIS值的影响。结果表明,空气洁净度等级、工作面放置方向和曝露时间等对元件表面散射量的影响均较为明显。其中,工作面的放置方向对元件表面的散射影响尤为突出,水平向上放置(TIS=1.93×10^(-4))较之垂直放置时(TIS=8.07×10^(-5))散射量增大一个量级,而较之工作面水平向下放置时(TIS=3.12×10^(-6))增大两个量级。最后,以卡塞格伦望远镜为例,针对其主镜的污染容限问题,分析了不同空气洁净度条件下主镜表面洁净度达到污染容限所用的曝露时间,可为实际工作中污染控制和保证系统对微弱目标信号的有效探测提供参考。

高倍率大视场细胞内镜成像系统研究

细胞内镜是一种具有超高放大倍率的内窥镜,能够在体内直接观察到染色的细胞核,对早期癌症的诊断具有重要意义,目前仅日本奥林巴斯公司拥有相应的技术。细胞内镜的核心是其头端部的光学成像系统,现有的细胞内镜成像系统在高倍率成像时视场范围较小,检查效率低。本文提出了一种高倍率大视场细胞内镜成像系统,采用6片球面系统实现了高性能低成本的大视场变焦内窥物镜,并基于此搭建了细胞内镜成像系统。实验结果表明:该系统的物方分辨率达到了181.0 lp/mm,放大倍数约为500倍,显微成像视场范围显著增大至1200μm×670μm,是现有细胞内镜成像系统的2倍以上。在此基础上,采用深度学习方法为系统增添了细胞核分割功能,分割准确度达到了96.58%,验证了所搭建的成像系统对细胞核形态细节的成像能力。

表面杂质诱导薄膜元件的热应力损伤

基于薄膜元件的热力学理论,建立了强激光连续辐照下薄膜元件的热分析模型,模拟了薄膜元件表面杂质吸热后向周围薄膜进行热传递的过程,并讨论了表面洁净度等级和杂质尺寸对薄膜元件热应力损伤的影响。研究结果表明:强激光连续辐照下,表面杂质会吸收激光能量产生较大的温升,激光辐照时间越长,功率密度越大,杂质的温升也越大;吸热后,达到熔点的杂质和未达到熔点的杂质分别通过热传导和热辐射的方式向周围薄膜传递热量,通过热传导作用在薄膜元件表面引起的温升明显高于热辐射作用引起的;杂质向周围薄膜传递热量后会在薄膜元件上产生非均匀的温度梯度,进而产生热应力,热应力随着温度梯度的增加而增大,且处于一定尺寸范围内的杂质,更容易诱导薄膜元件热应力损伤;此外,薄膜元件的表面洁净度等级越高,杂质粒子的数目越多,越易于造成薄膜元件的热应力损伤。

七年级（上）三言两语一点通

Unit 1 点击1 [课本原句]－What＇s your name？你叫什么名字？