Рассеянный свет

Нежелательный свет в оптической системе

Рассеянный свет — это свет в оптической системе , который не был предусмотрен в конструкции. Свет может исходить из предполагаемого источника, но следовать по другим путям, чем предполагалось, или исходить из другого источника, чем предполагалось. Этот свет часто устанавливает рабочий предел динамического диапазона системы; он ограничивает отношение сигнал/шум или коэффициент контрастности , ограничивая то, насколько темной может быть система. ^[1] Окулярный рассеянный свет — это рассеянный свет в человеческом глазу .

Оптические системы

Монохроматический свет

Оптические измерительные приборы, работающие с монохроматическим светом , такие как спектрофотометры , определяют рассеянный свет как свет в системе на длинах волн (цветах), отличных от предполагаемых. Уровень рассеянного света является одной из наиболее важных характеристик прибора. ^[2] Например, интенсивные, узкие полосы поглощения могут легко иметь пиковое поглощение, меньшее, чем истинное поглощение образца, поскольку способность прибора измерять пропускание света через образец ограничена уровнем рассеянного света. Одним из методов уменьшения рассеянного света в этих системах является использование двойных монохроматоров . Отношение прошедшего рассеянного света к сигналу уменьшается до произведения отношения для каждого монохроматора, поэтому объединение двух монохроматоров последовательно с 10−3 ^{рассеянного} света каждый дает систему с отношением рассеянного света 10−6 ^, что обеспечивает гораздо больший динамический диапазон для измерений.

Также были изобретены методы измерения и компенсации рассеянного света в спектрофотометрах. ^[3] Стандарт ASTM E387 описывает методы оценки рассеянного света в спектрофотометрах. ^[4] Используемые термины — мощность рассеянного излучения (SRP) и коэффициент мощности рассеянного излучения (SRPR).

Существуют также коммерческие источники эталонных материалов, помогающих в проверке уровня рассеянного света в спектрофотометрах. ^[5]

Астрономия

В оптической астрономии рассеянный свет от свечения неба может ограничить способность обнаруживать слабые объекты. В этом смысле рассеянный свет — это свет от других источников, который фокусируется в том же месте, что и слабый объект.

Рассеянный свет является серьезной проблемой при проектировании коронографа , используемого для наблюдения за солнечной короной.

Источники

Существует множество источников рассеянного света. ^[6] Например:

• Призрачные порядки в дифракционных решетках . Они могут быть вызваны, например, периодическими изменениями расстояния между канавками в линейчатых решетках.
• Свет , рассеянный по направлению к телескопу от частиц, движущихся по оптическому пути к звезде.
• Свет, излучаемый компонентами оптической системы.
  • Инфракрасные оптические системы, очевидно, особенно восприимчивы к тепловому излучению .
    • Одним из способов уменьшения влияния паразитного ИК-излучения, генерируемого в системе, является переход от работы с сигналами постоянного тока к узкой полосе частот, где амплитуда паразитных излучений меньше. Это можно сделать, например, модулируя исходный свет, поступающий в систему, с помощью оптического прерывателя и изолируя обнаруженный компонент сигнала источника от обнаруженного паразитного компонента с помощью синхронизированного усилителя, синхронизированного с частотой прерывателя. Однако этот подход все еще ограничен динамическим диапазоном детектора. То есть паразитный компонент не должен быть настолько большим, чтобы насыщать детектор.
• Отражения от поверхностей линз .
  • Для уменьшения рассеянного света используются антибликовые покрытия .
  • Эффект Нарцисса ^[7] - в частности, тепловое излучение от инфракрасного детектора отражается обратно от поверхностей линз.
• Свет, рассеянный от поверхностей опорных конструкций внутри оптической системы.
• Рассеянное отражение от несовершенных зеркальных поверхностей.
• Утечка света в корпусе системы.

Инструменты дизайна

Ряд программ оптического проектирования могут моделировать рассеянный свет в оптической системе, например:

• как можно скорее
• ФРЕД ^[6]
• Синопсис LightTools
• TracePro
• Земакс

Такие модели можно использовать для прогнозирования и минимизации рассеянного света в конечной системе.

Смотрите также

• Блики (зрение)
• Блики на объективе
• Спектральное распределение мощности
• Вуалирующий блеск

Ссылки

1. "Раздел 4: Оптическое отношение сигнал-шум и рассеянный свет" . Получено 6 февраля 2009 г.
2. "Проверка рассеянного света и производительности". Mettler Toledo . Получено 14 августа 2018 г.
3. "Измерение и компенсация рассеянного света – Патент 4526470" . Получено 6 февраля 2009 г.
4. "ASTM E387 -04 Стандартный метод испытаний для оценки коэффициента рассеиваемой мощности излучения..." Получено 6 февраля 2009 г.
5. "Stray Light Reference Materials" . Получено 6 февраля 2009 г. .
6. "Рассеянный свет и фантомные изображения – проанализированы и уменьшены с помощью программного обеспечения для моделирования" (PDF) . Получено 6 февраля 2009 г.
7. Lau, AS (1977). Lytle, John D.; Morrow, Howard E. (ред.). "Эффект Нарцисса в инфракрасных оптических сканирующих системах". Проблемы рассеянного света в оптических системах . Проблемы рассеянного света в оптических системах. 107 : 57. Bibcode :1977SPIE..107...57L. doi :10.1117/12.964596. S2CID  122030149.