國內首部系統化雜散光題材學術專著：《雜散光抑制與評估技術》

國家科學技術學術著作出版基金資助

《雜散光抑制與評估技術》

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國內首部系統化雜散光題材學術專著

王虎 馬占鵬 陳欽芳 林上民 編著

內容提要

《雜散光抑制與評估技術》從“機理一模型一設計一仿真一測試一評估”全鏈路，介紹了雜散光的概念、抑制方法以及測試評估技術。

首先介紹了雜散光的概念及其表現形式，分析了雜散光的來源；其次介紹了雜散輻射傳輸基本概念及輻射傳輸理論；再次闡述了雜散光抑制模型表面散射特性及抑制方法，并通過實際案例對雜散光仿真分析過程進行了介紹；最后就抑制效果的評估方法及測試技術進行了介紹。

PART 01

為何研究雜散光

對雜散光的關注源于作者長期從事的空間敏感器（如星敏感器、月球敏感器、地球敏感器等）光學設計工作，特別是對弱暗天體的探測需求。

在為嫦娥三號月面巡視器“玉兔號”月球車研制170°近半球視場避障相機光學系統時，太陽不可避免地闖入視場，為了在攝取月面昏暗地形的同時屏蔽強烈陽光的干擾，必須盡可能抑制雜散光的不利影響。

近半球視場拖影實拍圖與雜光路徑仿真圖

在引力波探測、系外行星成像、極紫外光刻等更前沿的任務中，超低閾值(點源透過率(PST)為10??及以上)雜散光的抑制與評估又一再成為“臨門一腳”的關鍵難題。雜散光不僅是光學設計中的“最后一公里”，更是決定科學目標成敗的“第一公里”。

人類從外界獲取的信息83%來自視覺。《說文解字》將篆文“看”解釋為“以手加于目上遮光遠望”，美猴王反手遮陽的標志性動作，無非是用最樸素的方式拒絕雜散光。古人言“有的放矢”，今人講“方向大于努力”，所指的是目標和方向，也就是降低環境噪聲、提高目標信噪比。當探測器試圖捕捉比背景暗百萬倍的系外行星，或當引力波望遠鏡要在十億千米臂長內分辨皮米級位移時，任何“不該來的光子”都會讓科學信號的獲得前功盡棄。由此可見，雜散光抑制既關乎工程成敗，也關乎人類認知邊界能否再向前一步。

圖 孔徑鬼像在光軸粗對準中的應用

圖 視場外可見光波段雜散光來源及傳播路徑

圖 冷反射及雜光形成示意圖

PART 02

雜散光抑制

隨著人類對事物認知需求的不斷提升，對弱暗目標的探索不斷深入，雜散光的影響、抑制及評估技術的需求愈發凸顯，其理論研究和工程應用日益受到廣泛關注。目前國內外有《Stray light: analysis and control》(Eric C.Fest著，2013年)及其中譯版《雜散光抑制設計與分析》(于清華等譯，2019年)著作，學者對雜散光抑制及抑制效果評估技術的相關理論及工程應用的結合更加關注，科技工作者在實踐過程中，往往也會遇到雜散光的干擾困惑，甚至生活中的一些雜散光現象如鬼像等也讓人疑惑不解。

雜散光的抑制難在其在不同條件下呈現出的現象形式不盡相同，分析起來比較困難且充滿未知，往往有時也不能徹底消除，這也是本書強調雜散光抑制的根本原因。

圖 “中國科學院大學”燈牌鬼像

圖 手機花瓣狀鬼像形成三維示意圖

雜散光抑制技術是一門涉及多個學科的綜合技術，其關鍵理論和技術有：輻射傳輸理論，光學散射理論，雙向散射分布函數(BSDF)模型與測量，雜散光抑制設計與優化，污染效應及防護，雜散光仿真分析軟件以及抑制效果測試評估技術等。

圖 BSDF、BRDF和BTDF示意圖

對于雜散光抑制技術，傳統的觀念還僅僅圍繞著各種光闌和遮光罩設計，包括消光涂層的利用等狹義方面，新型的雜散光抑制技術應在建立的各種物理與經驗模型的基礎上，利用實測樣品表面的雙向散射分布函數(BSDF)數據庫，通過雜散光分析軟件進行仿真評估，并根據評估結果修改完善局部不合理設計，最終對實物進行測試，驗證雜散光抑制效果。

圖 BSDF測試原理圖

雜散光問題本質上是“能量管理”問題——把不該到達像面的能量減少到最低，把必須保留的能量用到極致；雜散光抑制必須“從物理模型走到工程圖紙”，再“從測試數據回到設計閉環”。

作者結合自身工程及教學實踐編寫了這本書，嘗試打通“機理—模型—設計—仿真—測試—評估”的閉環技術鏈，通過理論與案例的剖析，幫助大家初步掌握分析雜散光問題的方法思路及雜散光的抑制方法和評估技術。

PART 03

本書特點

本書首次將雜散光分析、抑制設計、測試評估等全鏈條技術整合成體系，填補了國內光學工程領域在該方向的專著空白。

全書力圖使您在三個維度上

有所收獲：

概念維度：快速識別炫光、鬼像、熱輻射、散射光暈等不同形態的雜散光，洞悉其“能量管理”本質——把不該到達像面的能量減到最低，把必須保留的能量用到極致。

方法維度：從輻射傳輸方程、BSDF/ ARS/TIS等表面散射模型，到雜散光分析軟件、逆向優化，提供“從物理模型走到工程圖紙”，再 “讓測試數據回到設計閉環”的完整工具箱。

工程維度：遮光罩、擋光環、消光涂層、冷光闌、多級隨動遮光罩、微結構擋光板、低污染裝配工藝等硬件細節，以及VGI、PST、時間分辨測試系統等評估手段，均給出可落地的設計范式與實測案例。

全書共八章，結構如下：

第1章 雜散光的“面孔”與“血統”——定義、分類、典型危害案例。

第2章 輻射傳輸的通用語言——基本物理量、傳輸方程與能量守恒。

第3章 表面散射與衍射的微觀機制——BSDF、BDDF、ARS、TIS模型與測試流程。

第4章 雜散光分析數理模型——散射路徑分析、PST計算。

第5章 雜散光抑制“兵器庫”——視場外、視場內、熱輻射三大場景的系統解決方案。

第6章 全流程仿真范例——TracePro平臺下的透射式、R-C反射式、中波紅外三套系統實戰。

第7章 測試與評估技術——VGI與PST適用邊界、高潔凈雙柱罐、真空低氣壓測試、時間分辨系統等。

第8章 總結與展望——“高抑制、可測試、能閉環”的設計范式，展望基于模型的深度強化學習、超表面、AI逆向設計、數字孿生等新方向。

附錄給出常用參數、縮略語、SNR公式及關鍵詞索引，方便不同背景讀者快速查閱。正文中堅持“案例+要點+注意事項”體例，力求減少“一看就懂、一用就忘”的空泛描述。

全文全彩色，文中很多配圖由作者親自繪制，一些引用的圖例在原圖基礎上又從雜散光抑制的角度補添了一些細節及遺漏的部分。

雜散光研究的終點也許不是“零雜光”，而是可控、可預測、可接受的剩余能量。愿本書成為讀者攀登這一臺階的墊腳石，也成為我們共同邁向更高性能光學系統的新起點。

研究團隊

本書延續了王虎研究員一貫的寫作風格，在正文外增加了拓展知識與應用案例，并以仿宋字體區別標注，對于易于混淆內容和核心重點進行了強調并以黑體或加粗字體著重凸顯，全書彩印利于精準呈現圖文細節信息。

本書團隊是一群專業的“打雜”人，本書部分素材也取自團隊科研工作。團隊長期深耕于空間敏感器光學技術、雜散光抑制與評估技術、空間目標模擬及評估技術等領域。團隊始終將基礎理論與工程實踐緊密結合，研發的高精度天體敏感器光學產品裝備了包括嫦娥系列、神舟系列以及火星探測等國家重大專項。圍繞雜散光抑制及評估技術，團隊牽頭制訂并發布了《點源透過率雜（散）光測試規范》團體標準（T/CI 1167-2025）、國產首套雜散輻射分析軟件表面散射模塊及光源模塊的研制開發工作，并承擔了國內八家科研院所和高校10余套雜散光測試整實驗室設計及建造任務。已出版了《空間光學理論與應用》（科學出版社,2024.9）。

圖 王虎研究員正在指導青年人開展工作

圖 王虎團隊成員(部分)

圖 作者團隊承研的整實驗室雜散光測試與評估系統

《雜散光抑制與評估技術》已獲2024年度國家科學技術學術著作出版基金資助。國家科學技術學術著作出版基金是由國務院批準、國家科學技術學術著作出版基金委員會管理的專項基金，主要資助自然科學領域基礎研究和應用技術領域具有基礎性、前瞻性和戰略性的優秀學術著作出版，此次入選進一步彰顯了該研究團隊在該領域的學術影響力。

DeepSeek基于海量學術數據與多維度權威知識庫的智能檢索認為：《雜散光抑制與評估技術》是國內首部系統化雜散光題材學術專著。

參考文獻：

1、《雜散光抑制與評估技術》前言；

2、西安光機所王虎團隊《雜散光抑制與評估技術》獲國家科學技術學術著作出版基金資助.

https://mp.weixin.qq.com/s/GxweB-GRh3MH_OC9PNqXXg.

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《雜散光抑制與評估技術》

王虎 馬占鵬 陳欽芳 林上民 編著

ISBN：9787030844408

出版社：科學出版社

出版時間：2026-03-01

（本文編輯：劉四旦）

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