|
4. 結(jié)論
詳細(xì)的阿帕奇望遠(yuǎn)鏡模型是從CAD 模型中發(fā)展出來的。在附加不同的組件以及散射模型性質(zhì)之后，我們重現(xiàn)了望遠(yuǎn)鏡拍攝的針孔圖像，所以就驗證了模型有效性。
現(xiàn)有系統(tǒng)的PST 基線在望遠(yuǎn)鏡窄縫面上幾乎沒有隨離軸角度的下降。這是由于，(1)焦面有一個大的，沒有阻擋的視野，可以看到Nasmyth 反射鏡和鏡室，主鏡室，Nasmyth 鏡室上方的擋板，(2)望遠(yuǎn)鏡在窄縫平面上比較大的角度范圍內(nèi)有相對為遮擋的照明，以及(3) 次要和Nasmyth 擋板沒有封裝。這些結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一系列的一級散射路徑，可以直接照射到焦面上。
圖21
圖22
我們減少雜散光的方法是分別解決每個問題。為了減少焦面的FOV，我們提出在主鏡室上增加一個簡單的環(huán)狀擋板。為了減少望遠(yuǎn)鏡的照明，我們提出安裝有狹縫的風(fēng)擋，這導(dǎo)致了PST 的戲劇性的下降。我們同時分析了北和南側(cè)的主支架的包裹，這在實(shí)踐中的操作性不好，效果也不好，由于黑面也會散射。最后我們提議用封閉的次要Nasmyth 擋板來替換環(huán)形圈和支撐立方體。在擋板有低光學(xué)散射時，PST 能下降大概3倍。通過這些改動，很重大的性能提升是有可能的。
這里的分析嚴(yán)重依賴于有一個完整的望遠(yuǎn)鏡/裝置/封裝系統(tǒng)的模型，能夠用來進(jìn)行雜散光計算。注意采用雜散光控制中的最佳實(shí)踐或者“第一規(guī)則”，可能能夠提升系統(tǒng)的性能。但是，系統(tǒng)的全面提升，通過基于建模的方法能最好地實(shí)現(xiàn)，基于建模的方法能夠提供必要的工具來理解系統(tǒng)性能表現(xiàn)和系統(tǒng)改動實(shí)驗。使用基于模型的方法能夠得到量化的系統(tǒng)性能表現(xiàn)，然后最先消除最嚴(yán)重的雜散光問題。當(dāng)這些問題的解決方法已經(jīng)找到，其它消除雜散光的方法自動就顯現(xiàn)出來，可以依次處理。雜散光消除和系統(tǒng)性能的提高，值得使用軟件工具和這里提供的方法來認(rèn)真地解決，不管是在對于設(shè)計的初始階段，還是對于成熟的使用中的設(shè)備。
5. 參考文獻(xiàn)
1. D. W. Bergener, S. M. Pompea, D. F. Shepard, and R.P. Breault, "Stray Light Rejection Performance of SIRTF: A Comparison", Proceedings ofthe SPIE: Stray RadiationlV., 511 (1984) 64.
2. M. Pompea, J. E. Mentzell, and W. E. Siegmund, "AStray Light Analysis ofthe Sloan Digital Sky Survey Telescope", Proceedings ofthe SPIE: Stray Light IV,1753 (1993).
3. S. M. Pompea, "The Management of Stray RadiationIssues in Space Optical Systems", Space Science Reviews, 74: 181-193, (1995).
4. S. M. Pompea, "Stray Radiation Issues inAstronomical Systems with Adaptive Optics", Adaptive
Optics for Astronomy, Kiuwer Academic Publishers,1995.
5. S. M. Pompea, "Advances in the Stray Light Analysis of Astronomical Telescope Systems", Proceedings of the SPIE: Optical Telescopes of Today and Tomorrow: Following in the Direction of Tycho Brahe, A.Arneberg, Editor, 2871, 193-195, (1997).
6. McCall, R. L. Sinclair, S. M. Pompea, and R. P.Breault, "Spectrally Selective Surfaces for Ground and Space-Based Instrumentation: Support for a ResourceBase",Proceedings ofthe SPIE: Space Astronomical Telescopes andlnstruments II, 1945 (1993).
7. H. C. P. McCall, S. M. Pompea, R. P. Breault, and N. L. Regens, "Reviews ofBlack Surfaces",
Proceedings ofthe SPIE: StrayLightlV, 1753 (1993). Reprinted in SelectedPapers on Cryogenic Optical Systems, Gerald R. Pruitt, Editor, SPIE Milestone Series,1994.
8. S. M. Pompea and R. P. Breault, [Invited chapter]"Optical Black Surfaces", in Handbook of Optics, 2nd edition, Optical Society of America, 2000.
9. Spyak, P., Wolfe, W., "Scatter from particulatecontaminated mirrors. part 4: properties of scatter from dust for visible to far-infrared wavelengths", Optical Engineering, Vol. 31, No. 8, August 1992, pp.1775-1784.
注釋：
FRED Optimum 是一套由Photon Engineering所開發(fā)出來的光學(xué)工程仿真軟件，作為光機(jī)一體化的開發(fā)平臺，可以用在光學(xué)設(shè)計過程中的每一個環(huán)節(jié)，包括最初的概念驗證，整合光學(xué)設(shè)計和機(jī)械設(shè)計，對虛擬原型進(jìn)行全面分析，對模型參數(shù)進(jìn)行快速公差分析和優(yōu)化。它的顯示窗口為3D實(shí)體顯示工作平臺，具備快速的光線追跡功能，并且可以同時允許32核CPU進(jìn)行多線程運(yùn)算。
功能優(yōu)勢：
多軟件接口，可導(dǎo)入其他光學(xué)軟件（Zemax、CodeV、OSLO、ASAP）進(jìn)行整個光機(jī)系統(tǒng)性能評價，包含光線路徑、MTF、光程差、雜散光路徑、鬼像、PST與關(guān)鍵被照面、衍射、冷反射、紅外熱成像分析。
CAD導(dǎo)入無破損，可以導(dǎo)入CAD 模型并修改其參數(shù)和光學(xué)性質(zhì)。
整機(jī)裝配、pick up解、公差與靈敏度分析。
真實(shí)三維模型渲染和實(shí)時顯示窗口，可以直觀快速的找到光機(jī)系統(tǒng)中尺寸不匹配常見問題。
可分析光學(xué)系統(tǒng)的三階像差、波像差、振幅、相位等光信息。
具有序列與非序列光線追跡能力，光線追跡數(shù)量數(shù)沒有限制。
可多達(dá)32核CPU的多線程運(yùn)算能力。
擁有內(nèi)置混合優(yōu)化功能，擁有fractional weighting功能以鏈接變量，可進(jìn)行局部和全局優(yōu)化，可內(nèi)建或從CAD導(dǎo)入的NURB表面進(jìn)行優(yōu)化，可大大減輕照明等領(lǐng)域的設(shè)計中繁重的工作量。
支持VB腳本編程，包含非常多的命令語言。可支持創(chuàng)建和修改幾何模型、光源、鍍膜、材料、散射模型以及進(jìn)行光線追跡和計算分析，實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。
14+BSDF散射模型，可用來仿真機(jī)械元件的表面散射，每個元件可賦予多個散射模型，所有的這些散射模型混合可形成成千上萬的散射模型，并可模擬透鏡表面粗糙度。
擁有多種體散射模型，并支持腳本自定義散射模型，支持熒光粉、光學(xué)元件內(nèi)部缺陷的散射模型等。
支持IES TM-27-14 XML光譜文件直接導(dǎo)入。
FRED可以仿真同調(diào)及繞射光學(xué)系統(tǒng)，使用相對簡單但是有效的光線追跡的擴(kuò)展方法，一般稱為高斯光束分解。任何復(fù)雜的光場可以分解為高斯光束，這個方法允許我們可以處理相干光、偏振態(tài)，如高斯光源、相干性、光纖耦合分析，使光源更符合實(shí)際情況�？膳cFDTD Solutions 的矢量場數(shù)據(jù)交換，來處理宏光學(xué)系統(tǒng)和微結(jié)構(gòu)光學(xué)。
COM服務(wù)器/客戶端支持與Matlab Excel 等程序相互調(diào)用。
模擬太陽光在不同位置、不同時間以及一系列環(huán)境因素如大氣氣溶膠厚度、大氣可降水量、表面壓強(qiáng)等對接受面照度影響。
無級次限制的衍射光柵效率計算。
|
