国内首部系统化杂散光题材学术专著：《杂散光抑制与评估技术》

国家科学技术学术著作出版基金资助

《杂散光抑制与评估技术》

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国内首部系统化杂散光题材学术专著

王虎 马占鹏 陈钦芳 林上民 编著

内容提要

《杂散光抑制与评估技术》从“机理一模型一设计一仿真一测试一评估”全链路，介绍了杂散光的概念、抑制方法以及测试评估技术。

首先介绍了杂散光的概念及其表现形式，分析了杂散光的来源；其次介绍了杂散辐射传输基本概念及辐射传输理论；再次阐述了杂散光抑制模型表面散射特性及抑制方法，并通过实际案例对杂散光仿真分析过程进行了介绍；最后就抑制效果的评估方法及测试技术进行了介绍。

PART 01

为何研究杂散光

对杂散光的关注源于作者长期从事的空间敏感器（如星敏感器、月球敏感器、地球敏感器等）光学设计工作，特别是对弱暗天体的探测需求。

在为嫦娥三号月面巡视器“玉兔号”月球车研制170°近半球视场避障相机光学系统时，太阳不可避免地闯入视场，为了在摄取月面昏暗地形的同时屏蔽强烈阳光的干扰，必须尽可能抑制杂散光的不利影响。

近半球视场拖影实拍图与杂光路径仿真图

在引力波探测、系外行星成像、极紫外光刻等更前沿的任务中，超低阈值(点源透过率(PST)为10⁻⁹及以上)杂散光的抑制与评估又一再成为“临门一脚”的关键难题。杂散光不仅是光学设计中的“最后一公里”，更是决定科学目标成败的“第一公里”。

人类从外界获取的信息83%来自视觉。《说文解字》将篆文“看”解释为“以手加于目上遮光远望”，美猴王反手遮阳的标志性动作，无非是用最朴素的方式拒绝杂散光。古人言“有的放矢”，今人讲“方向大于努力”，所指的是目标和方向，也就是降低环境噪声、提高目标信噪比。当探测器试图捕捉比背景暗百万倍的系外行星，或当引力波望远镜要在十亿千米臂长内分辨皮米级位移时，任何“不该来的光子”都会让科学信号的获得前功尽弃。由此可见，杂散光抑制既关乎工程成败，也关乎人类认知边界能否再向前一步。

图 孔径鬼像在光轴粗对准中的应用

图 视场外可见光波段杂散光来源及传播路径

图 冷反射及杂光形成示意图

PART 02

杂散光抑制

随着人类对事物认知需求的不断提升，对弱暗目标的探索不断深入，杂散光的影响、抑制及评估技术的需求愈发凸显，其理论研究和工程应用日益受到广泛关注。目前国内外有《Stray light: analysis and control》(Eric C.Fest著，2013年)及其中译版《杂散光抑制设计与分析》(于清华等译，2019年)著作，学者对杂散光抑制及抑制效果评估技术的相关理论及工程应用的结合更加关注，科技工作者在实践过程中，往往也会遇到杂散光的干扰困惑，甚至生活中的一些杂散光现象如鬼像等也让人疑惑不解。

杂散光的抑制难在其在不同条件下呈现出的现象形式不尽相同，分析起来比较困难且充满未知，往往有时也不能彻底消除，这也是本书强调杂散光抑制的根本原因。

图 “中国科学院大学”灯牌鬼像

图 手机花瓣状鬼像形成三维示意图

杂散光抑制技术是一门涉及多个学科的综合技术，其关键理论和技术有：辐射传输理论，光学散射理论，双向散射分布函数(BSDF)模型与测量，杂散光抑制设计与优化，污染效应及防护，杂散光仿真分析软件以及抑制效果测试评估技术等。

图 BSDF、BRDF和BTDF示意图

对于杂散光抑制技术，传统的观念还仅仅围绕着各种光阑和遮光罩设计，包括消光涂层的利用等狭义方面，新型的杂散光抑制技术应在建立的各种物理与经验模型的基础上，利用实测样品表面的双向散射分布函数(BSDF)数据库，通过杂散光分析软件进行仿真评估，并根据评估结果修改完善局部不合理设计，最终对实物进行测试，验证杂散光抑制效果。

图 BSDF测试原理图

杂散光问题本质上是“能量管理”问题——把不该到达像面的能量减少到最低，把必须保留的能量用到极致；杂散光抑制必须“从物理模型走到工程图纸”，再“从测试数据回到设计闭环”。

作者结合自身工程及教学实践编写了这本书，尝试打通“机理—模型—设计—仿真—测试—评估”的闭环技术链，通过理论与案例的剖析，帮助大家初步掌握分析杂散光问题的方法思路及杂散光的抑制方法和评估技术。

PART 03

本书特点

本书首次将杂散光分析、抑制设计、测试评估等全链条技术整合成体系，填补了国内光学工程领域在该方向的专著空白。

全书力图使您在三个维度上

有所收获：

概念维度：快速识别炫光、鬼像、热辐射、散射光晕等不同形态的杂散光，洞悉其“能量管理”本质——把不该到达像面的能量减到最低，把必须保留的能量用到极致。

方法维度：从辐射传输方程、BSDF/ ARS/TIS等表面散射模型，到杂散光分析软件、逆向优化，提供“从物理模型走到工程图纸”，再 “让测试数据回到设计闭环”的完整工具箱。

工程维度：遮光罩、挡光环、消光涂层、冷光阑、多级随动遮光罩、微结构挡光板、低污染装配工艺等硬件细节，以及VGI、PST、时间分辨测试系统等评估手段，均给出可落地的设计范式与实测案例。

全书共八章，结构如下：

第1章 杂散光的“面孔”与“血统”——定义、分类、典型危害案例。

第2章 辐射传输的通用语言——基本物理量、传输方程与能量守恒。

第3章 表面散射与衍射的微观机制——BSDF、BDDF、ARS、TIS模型与测试流程。

第4章 杂散光分析数理模型——散射路径分析、PST计算。

第5章 杂散光抑制“兵器库”——视场外、视场内、热辐射三大场景的系统解决方案。

第6章 全流程仿真范例——TracePro平台下的透射式、R-C反射式、中波红外三套系统实战。

第7章 测试与评估技术——VGI与PST适用边界、高洁净双柱罐、真空低气压测试、时间分辨系统等。

第8章 总结与展望——“高抑制、可测试、能闭环”的设计范式，展望基于模型的深度强化学习、超表面、AI逆向设计、数字孪生等新方向。

附录给出常用参数、缩略语、SNR公式及关键词索引，方便不同背景读者快速查阅。正文中坚持“案例+要点+注意事项”体例，力求减少“一看就懂、一用就忘”的空泛描述。

全文全彩色，文中很多配图由作者亲自绘制，一些引用的图例在原图基础上又从杂散光抑制的角度补添了一些细节及遗漏的部分。

杂散光研究的终点也许不是“零杂光”，而是可控、可预测、可接受的剩余能量。愿本书成为读者攀登这一台阶的垫脚石，也成为我们共同迈向更高性能光学系统的新起点。

研究团队

本书延续了王虎研究员一贯的写作风格，在正文外增加了拓展知识与应用案例，并以仿宋字体区别标注，对于易于混淆内容和核心重点进行了强调并以黑体或加粗字体着重凸显，全书彩印利于精准呈现图文细节信息。

本书团队是一群专业的“打杂”人，本书部分素材也取自团队科研工作。团队长期深耕于空间敏感器光学技术、杂散光抑制与评估技术、空间目标模拟及评估技术等领域。团队始终将基础理论与工程实践紧密结合，研发的高精度天体敏感器光学产品装备了包括嫦娥系列、神舟系列以及火星探测等国家重大专项。围绕杂散光抑制及评估技术，团队牵头制订并发布了《点源透过率杂（散）光测试规范》团体标准（T/CI 1167-2025）、国产首套杂散辐射分析软件表面散射模块及光源模块的研制开发工作，并承担了国内八家科研院所和高校10余套杂散光测试整实验室设计及建造任务。已出版了《空间光学理论与应用》（科学出版社,2024.9）。

图 王虎研究员正在指导青年人开展工作

图 王虎团队成员(部分)

图 作者团队承研的整实验室杂散光测试与评估系统

《杂散光抑制与评估技术》已获2024年度国家科学技术学术著作出版基金资助。国家科学技术学术著作出版基金是由国务院批准、国家科学技术学术著作出版基金委员会管理的专项基金，主要资助自然科学领域基础研究和应用技术领域具有基础性、前瞻性和战略性的优秀学术著作出版，此次入选进一步彰显了该研究团队在该领域的学术影响力。

DeepSeek基于海量学术数据与多维度权威知识库的智能检索认为：《杂散光抑制与评估技术》是国内首部系统化杂散光题材学术专著。

参考文献：

1、《杂散光抑制与评估技术》前言；

2、西安光机所王虎团队《杂散光抑制与评估技术》获国家科学技术学术著作出版基金资助.

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

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《杂散光抑制与评估技术》

王虎 马占鹏 陈钦芳 林上民 编著

ISBN：9787030844408

出版社：科学出版社

出版时间：2026-03-01

（本文编辑：刘四旦）

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