摘要：本文主要研究了大功率紅外光學(xué)系統(tǒng)中光學(xué)表面多重反射而形成的雜散光及其數(shù)學(xué)模型與計(jì)算方法，提出了將近軸近似法和有限光線(xiàn)追跡法相結(jié)合的綜合分析方法；同時(shí)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式上采用二叉樹(shù)這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，巧妙地解決了鬼像分析中海量的中間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的問(wèn)題。利用這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，作者編制了紅外光學(xué)系統(tǒng)雜散光分析軟件，并對(duì)一個(gè)較復(fù)雜的大功率紅外系統(tǒng) 進(jìn)行了一套完整的鬼像分析，其結(jié)果經(jīng)驗(yàn)證是正確且實(shí)用的。這將為研究人員在排除鬼像的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中提供了強(qiáng)有力的參考數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：雜散光；鬼像；大功率；紅外光學(xué)系統(tǒng)

1 引言

雜光，是指光學(xué)系統(tǒng)中除了正常光路以外的所有非成像光能。鬼像是雜光的一種，是指由于物方存在小面積高亮度的目標(biāo)經(jīng)由非正常光路而在光學(xué)系統(tǒng)中或像面上形成的本來(lái)不存在的像。產(chǎn)生雜光的原因很多，主要是光學(xué)系統(tǒng)各元件表面，邊緣面，光攔面，鏡筒和檢測(cè)面的反射與散射造成；對(duì)于大功率激光系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，透鏡表面的多重反射最為重要，它是產(chǎn)生鬼像的主要原因。

雜散光的危害性在于降低像面的對(duì)比度和調(diào)制傳遞函數(shù)，使整個(gè)像面的層次減少，清晰度變壞，甚至形成雜光斑點(diǎn)，嚴(yán)重時(shí)使目標(biāo)信號(hào)完全被雜散輻射噪聲所淹沒(méi)。對(duì)于大功率激光系統(tǒng)，由雜散光高度集中形成的鬼點(diǎn)，往往會(huì)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)元件形成永久性的破壞，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在這方面進(jìn)行了大量細(xì)致的研究工作，并逐步形成了一套完整的關(guān)于激光損傷的理論體系。

關(guān)于激光的損傷機(jī)理，曾先后提出過(guò)電子雪崩，受激布里淵散射和吸收等模式。而紅外光學(xué)材料的物理性質(zhì)與溫度有著密切的關(guān)系，這就導(dǎo)致其材料的光吸收系數(shù)十分敏感于溫度，結(jié)合紅外光學(xué)系統(tǒng)材料的非均勻物理變化等特點(diǎn)，造成大功率紅外光學(xué)系統(tǒng)在這些模式下更容易受到損傷；即使是非預(yù)想的弱激光干擾信號(hào)，也會(huì)造成探測(cè)器靈敏度降低，甚至使探測(cè)器無(wú)輸出信號(hào)。因而，在大功率紅外系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分考慮到各種雜散光的影響，盡量避免這些易損透鏡附近產(chǎn)生高能量密度的鬼像。

2 雜散光及鬼像分析模型

通常計(jì)算一個(gè)鬼像系統(tǒng)的雜光有近軸近似法[4]和有限光線(xiàn)追跡法[5]。近軸近似法使用近軸近似公式并認(rèn)為物面上的照度是均勻的，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，但對(duì)于存在偏心，傾斜這樣的系統(tǒng)就無(wú)能為力了，只適合用于定性分析。有限光線(xiàn)追跡法是將光束用有限根光線(xiàn)表示，通過(guò)實(shí)際追跡這些光線(xiàn)的成像情況，來(lái)模擬鬼像的形成，追跡的光線(xiàn)越多，結(jié)果越逼近實(shí)際，但計(jì)算量也越大。

基于上述方法的憂(yōu)缺點(diǎn)，我們采用了一種混合式的計(jì)算方法，即先用近軸近似法作定性分析，找出能量最大的幾個(gè)鬼像，再用有限光線(xiàn)追跡法進(jìn)行仔細(xì)的分析。

圖1.透鏡的第二面反射，形成一階鬼像