为实现多元热流体组分含量激光在线检测, 根据多次反射吸收光谱原理提出了长光程开放光路反射阵列光学池, 研究了不同光斑直径下光束发散角和对准误差对多元热流体检测系统接收效率的影响, 并且针对高温注汽管道内壁产生的杂散辐射提出一种新型消杂光结构。研究结果表明: 反射镜镀膜为银膜, 光学窗口材料为熔融石英, 多次反射结构的最佳反射次数为40次, 有效吸收光程为220 cm; 对于不同光斑直径的检测光束, 发散角与对准误差的增大对系统接收效率的衰减趋势和衰减幅度基本一致; 离轴角为5°时, 系统点源透射比(PST)为121×10-7。最后通过高温管道内壁热辐射抑制实验验证了杂光抑制结构的有效性。

杂光系数是评价光学系统成像质量的重要指标之一。一般情况下,杂光系数只有在光学系统加工完成之后,才能运用实测方法得到,且如果实测结果不理想,需对光学系统的杂光抑制方法进行调整以增强其抑制效果。针对上述问题,提出了一种在光学设计阶段求得杂光系数的方法。该方法运用光学仿真软件TracePro为光学系统建模、分析和光线追迹,运用数学分析软件Matlab对仿真结果进行拟合,最终求出杂光系数。该方法的优点是将杂光系数的分析与计算提前,准确评价光学系统的杂光抑制能力。

杂散光是平面光栅的重要性能指标, 光栅杂散光的测量一直是光栅研制领域的难题。 为实现仪器自身杂光低于10-8量级, 以满足对平面光栅杂散光10-7量级的精确测量要求, 基于标量衍射理论和经典Fresnel-Kirchhoff衍射理论, 对光谱仪器中的光栅杂散光进行了理论分析, 设计了平行光照射条件下光栅杂散光测试仪的光机模型。 利用杂散光分析软件ASAP建立紫外单色光入射下光栅杂散光测试仪的散射模型并对其进行仿真计算, 分析仪器杂光的主要来源及散射路径, 据此提出了用于降低仪器散射光和光栅多次衍射光的挡光环、 叶片、 光阑、 光学陷阱等四种杂光抑制结构。 最后, 采用ASAP软件对增加抑制结构前后的仪器杂光相对强度进行了对照分析。 仿真及分析结果表明, 仪器杂光在测试波长±100 nm范围内的最大值由采用杂光抑制结构前的10-6量级以上降低至10-8量级以下, 已满足光栅杂散光测试仪的设计需求, 即可实现刻线密度为300～3 600 gr·mm-1的光栅杂散光10-7量级精确测量。 该研究方法及结果将为平面光栅杂散光测试仪研制提供理论依据。

风云二号卫星扫描辐射计为视场分光方式的R-C光学系统，视场外的杂光掠过次镜穿过主镜孔直接混入信号光路照射在焦面上，形成直射杂光。为了消除该直射杂光，使用TracePro软件对辐射计模型进行正追和倒追，都追到了直射杂光的存在，利用Zemax软件仿真找出了该直射杂光的形成机理，并计算出该直射杂光域。根据仿真和计算，设计了可以透信号光阻挡杂散光的叶片状次镜遮光罩。软件仿真表明：百叶窗式遮光罩可以彻底抑制该区域可见直射杂光，积分球实验也验证了该百叶窗式遮光罩可以降低辐射计952%的可见杂光。