单色器杂散光模拟分析与验证

　　1.引言

　　在光谱仪器中，杂散光的危害非常严重，因为它不仅会造成一定的背景，较强的杂散光还会对单色光学仪器的单色性造成较大的影响，大大降低仪器的测量精度，是仪器性能提升的技术瓶颈川。

　　单色器中的杂散光定义为:当用复合辐射源照射单色器的人射狭缝时，辐射经棱镜、光栅等色散元件分光，通过出射狭缝射出某一标称波长。除规定的标称波长的辐射之外，还存在着其它波长的辐射，即为单色器的杂散光。

　　杂散光是影响光谱辐射测量精确度的一个重要因素，单色器产生杂散光的原因是复杂的，主要有下列几方面的因素Iz-;l:镜头、反射镜、棱镜或光栅等光学元件表面灰尘及缺陷引起的散射光;光谱仪器内壁、镜架、光阑等的反射;衍射光栅次级光谱的叠加、罗兰鬼线、赖曼鬼线等;遮光不严引起的环境漏光等。

　　本文主要针对单色仪的结构、内壁、镜架、光阑对系统杂散光的影响进行分析。

　　2.单色器的ASAP模型

　　研究杂散光的来源是解决杂散光问题最有针对性的手段。从上世纪70年代开始，计算机软件被应用于光线追迹，通过计算机仿真模拟，对实际的光学系统建模，进行几何光学的分析已经成为杂散光来源分析的最根本方法。

　　考虑一个荧光检测器中激发单色器的设计，本文利用ASAP进行单色器的光学建模和杂散光分析。ASAP是一套基于蒙特一卡洛方法光线追迹的光学分析软件，它是在杂散光研究领域的著名学者Breault的领导下开发的，一般认为其具有最好的光线追迹效率。

　　首先，在AS”软件中建立本文所分析系统的模型，如图1 (a)所示。光源经过会聚透镜聚焦到人射狭缝位置，经过一个平面反光镜反射后再通过凹面光栅分光。调整凹面光栅的转动角度就可以在出射狭缝位置获得不同波长的单色光。由于ASAP没有复色光模型，模拟复色光可以通过在扩展光源处重叠放置多个波长的单色光来实现。图1 (a)所示为波长为400nm的单色光源人射系统后光线追迹的结果，为了能清楚显示各个部件及主要光线的路径，图1 (a)所示的模拟中单色器内壁的表面镀层设定为完全吸收。

　　本文针对仪器的结构模型各部分主要参数设定如表1所示

        内壁、镜架等的表面性质对杂散光的影响进行分析，但是单色器内壁BRDF(双向反射率分布函数)的测量非常困难(6]，因此本文简化的将单色器内壁以及内部支架表面均使用朗伯散射模型。其余参数，如器件结构、凹面光栅模型，则基本与实际情况相同。

　　在图1 (a)模型的基础上光线追迹得图1 (b)，由图中光线分布情况分析可知，系统杂散光主要来源于: