大功率红外光学系统中的杂散光及其鬼像分析

鬼像阶数的定义为：光线从透镜左边入射，经过一次反射，光线出射后与主光轴的焦点即为一阶鬼像（如图 1），依此类推，两次反射为二阶鬼点，三次反射为三阶鬼点，等等。目前的研究，大多数是采用矩阵光学的方法，将透射面视为反射面，逐次计算光线在这些非正常光路下与光轴的交点，从而确定各阶鬼像位置。这种方法，虽然精确，但当反射面增多时，不仅公式的推理相当困难，得出相应公式后，计算量也是无法忽视的问题。在我们编写的软件里，应用了光线追迹的方法，提出了将二叉树作为中间数据存储的新方式，实际应用中能有效的找出多阶鬼像位置，为实际的系统设计提供有力的理论支持。

当一束光入射于某光学表面，如果正常光路为透射，则不可避免的将产生残余反射；这样，经过一个光学表面的光束将变为两束光，然后再对这两束光分别进行光线追迹。因此，为全面描述系统中杂散光束的传播情况，并捕捉鬼像点，可以采用二叉树这种数据结构，它具有在内存中随机开辟空间，可按照杂散光传播路径动态建立、动态删除的特点。

大功率红外光学系统杂散光分析软件的创新点和实例计算

3.1大功率红外光学系统杂散光分析软件中的创新点

在大功率红外光学系统中，激光光线多次反射形成的高阶鬼像其能量仍可能对系统器件造成威胁，因而对这样的系统进行高阶的鬼像分析是非常必要的。然而，现今流行的商业光学设计软件，都没有关于这个问题的分析模块。我们针对这种现状，提出了应用二叉树的数据存储方式，大大节省了存贮空间，提高了运算速度，使鬼像的高阶分析成为可能。

系统中产生的鬼像将是数以千计的，如果没有一个合理的统计功能，即使得出结果，也是无法应用于实际分析的。我们的软件中，添加了强大的统计功能，可以按照能量密度大小，距离某一光学表面位置，发散角等多个参数对形成的鬼光束进行排序。可以非常直观的先运用近轴分析的方法，找到对系统影响比较大的几个鬼像点，再针对这些点进行细致的实际光线追迹运算，既对系统有个全面的把握，又能精确的分析某个光学表面附近的鬼像情况，为设计阶段的结构调整提供可靠的参考数据。 

3.2 实例计算

基于以上数据结构与算法，作者编制了红外激光光学系统杂散光分析软件，以下用一个焦距为 114 mm 的红外光学系统为例，对其鬼像进行一个全面的分析。

图2.一个较复杂红外光学系统：f’=114.704, D/f’=1/1.5