如何收集或遮蔽雜散光是一項精細的工作，也是儀器設計或裝置搭建初期就要考慮的重要議題。控制雜散光主要是靠系統的幾何構造，而不是黑色塗層本身的品質。如果塗黑漆的鏡筒有一大片以掠射角度進入探測器的視場，雜散光可能提高10萬倍，但將黑漆換成新奇昂貴的其它黑色塗層也只能將其減小10倍。
1. 任何東西在掠射時都像鏡面，所以不要讓任何掠射的反射光打到探測器上。
2. 偵測器視野內的照明區域越大，接收的雜散光就越多，所以遮光板和鏡筒要盡量處於視野之外。
3. 黑暗表面的多次反射可迅速消除雜散光。不要讓任何的單次反射路徑打在探測器上。
4. 遮光板的尖銳邊緣使光衍射，所以應調節遮光的相對孔徑；遮光孔徑朝後端逐漸略微變小。
1. 什麼是黑色表面？
當表面不反光時，我們稱之為黑色。不同材料界面上的折射率變化導致菲涅耳反射。因此，黑色表面具有多個波長大小的吸收深度，但遠小於其厚度，並且要有匹配的折射率。由於折射率不匹配，從空氣直接入射到黑色表面的情況並不理想，但如果光線通過塑膠或玻璃等介質進入，情況就會好很多。
2. 黑漆
對於方向不固定的散射雜光問題，啞光黑(flat black)可用作最後的解決方法。最大的問題是大部分光線只在黑色表面反射一次，所以如果在探測器視場內，啞光黑漆的最終性能比簡單的啞光黑表面好不了多少。而且，接近掠射時的霧面黑漆也有較高的反射率。
內部反射問題：由於玻璃和漆的介面上有更匹配的折射率和更高的光滑度，黑漆的性能將大大提高。例如，超啞光黑色丙烯酸噴漆(Krylon #1602)的折射率和熔融石英相符，有助於消除石英棱鏡未使用表面的內部反射。在可見光範圍，石英和Krylon黑漆界面上的反射率在0.01%量級。但要注意，漆受環境限制，還可能釋氣並產生微粒。另外，紅外線吸收面應比可見光吸收面更厚。
下面展示了一些塗黑漆的光機產品，左邊兩個是五角棱鏡和鏡面回射器(塗在金屬高反膜上)，第三個是具有啞光黑(matte black)漆表面的鋁製蜂窩芯麵包板以及通過側面T形槽安裝的黑色遮光罩殼。
有趣的是，matte black和flat b lack好像都譯為霧面黑，但兩者顯然有些差別。
3. 印度墨
印度墨水是一種非常細的碳顆粒懸浮液。乾的時候很黑，但液態的時候就真是黑。窮人的版本是黑色馬克筆，它更透光但更好塗，也更好去除；通常只要來回塗在某個透鏡上就能消除雜散的可見光，而且能用酒精洗掉。但要注意，馬克筆墨水是染料型，不能像印度墨一樣用在紅外線和紫外線。
4. 黑色陽極氧化
陽極氧化透過電化學方法處理鋁表面，產生多孔的氧化鋁層。由於氧化鋁的高折射率，陽極氧化黑不如漆黑，而且在紅外線可能完全不黑，因為有機染料沒有碳那麼寬的吸收譜。
1. 將加工好的零件放在導電掛具上，通電進行陽極處理前的化學處理。
2. 零件在鹼性清潔池中去除表面顆粒，然後透過酸蝕溶解薄薄的一層以產生均勻表面，並沖洗兩次。
3. 把零件放入陽極氧化池中，通電流產生堅硬且耐腐蝕的表面。 Thorlabs實作可用於Type II和Type III陽極氧化製程；Type II是多數陽極氧化產品線採用的，它的膜更薄但在生產時不用冷卻，而Type III能產生更厚且更硬的膜，但需要維持低溫的特殊氧化池。
4. 沖洗後將多孔表面的部件放到染料池進行染色：透明(無染料)、黑色或紅色，最後施加防止染料滲色的密封膜並晾乾。
5. 樹枝狀表面(Dendritic Finish)
比起黑漆或普通的陽極氧化，樹枝狀表面有更好的吸收，例如洛克希德-馬丁生產這樣的黑色陽極氧化塗層，叫做馬丁黑。它們很有用，但遠非徹底的解決方案，而且非常昂貴，在掠射時的反射率也會高一點。近年來，以定向碳奈米管為基礎的樹枝狀黑表面(如Vantablack)能提供極低的可見光反射率，但光學系統還是少不了普通的遮光罩。
6. 黑色貼紙
BFP1自黏膠黑色毛面紙就是其中一種，幾乎能吸收小角度入射的全部可見光。在光路通過套筒或其它封閉區域的許多應用中，到達焦平面的雜散光會降低影像對比度。內部塗黑漆可能有幫助，但這種有質地的啞光黑表面收集雜散光的效果好很多。
因此，它們在可見光範圍內和馬丁黑一樣好用，但便宜百倍，還不落灰不掉屑，方便裁剪。不過損傷閾值較低，而且膠可能會釋氣。因為黑色來自染料，所以紅外線性能不如馬丁黑。
下面展示了一些黑色遮光或雷射安全材料。
黑塑膠在光學上類似光亮的黑漆，但表面不如漆面光滑。與黑色陽極氧化一樣，某些類型的黑塑膠能透射近紅外線。
8. 黑蠟
油脂或蠟中的碳黑確實黑。在許多硬蠟中填充碳粒可製成折射率適合的黑色材料，用於安裝棱鏡，尤其是方解石棱鏡。蠟的機械強度低，不會對軟晶體產生過大的應力。 Apiezon W就是一種不會釋氣的好選擇。因為黑蠟的黏性不好，所以這不是一個完備的方案。棱鏡放在寬鬆的金屬支架內，蠟就兩毫米厚，希望永遠不要受到拉力。儘管如此，由機械或熱應力導致的脫落仍是損壞方解石棱鏡的一個主要原因。
9. 黑玻璃
深色玻璃很多種，包括啤酒瓶和肖特玻璃。它們可透過紫外線固化膠黏在棱鏡或窗口片的表面，從開始的位置收集和消除反射的雜光。這種方法能承受比噴漆高很多的功率；在一塊N-BK7厚玻璃板背面用紫外線固化膠粘一塊黑玻璃能製作不錯的激光反射衰減器。
直接使用黑色玻璃的效果並不理想，因為表面光潔度通常較差，會造成散射。如果雷射功率很高，玻璃中的溫度梯度會使其在高光強度區域局部變凸，從而使反射光散焦。因為玻璃導熱差，使用50 mW連續雷射就可能觀測到這種熱透鏡現象。
10. 設計雜散光收集器
控制雜散光涉及兩步驟：減少偵測器視場內的照明面積並降低照明強度。所有的雜散光必須被導向某個地方，通常是遮光板(baffle)。設計雜散光收集器的最佳方法是使用閃亮的黑色表面，透過鏡面反射將其導向一個又一個黑色表面。我們的工作首先是捕捉雜散光，然後將其消除。
Robert Wood最初設計了一種彎曲的錐形玻璃管(左下圖)，外側塗上燭黑，可用於消除一定入射角範圍內的雜散光。外側塗黑漆可使內部反射幾乎變成鏡面反射，而且折射率也很匹配。錐形有助於收集鏡面反射，而彎曲的形狀使得漫射光反射多次才能脫離。
右上圖展示的是更方便的錐形設計。錐吸收大部分光後將其餘的送入簡單的收集配置中。光線至少要從閃亮的黑色表面反射三次才能脫離，大多數還要反射更多次。
11. 黑色玻璃加布儒斯特角
下圖所示的用法可消除不需要的準直光束。第一片處於布儒斯特角的黑色玻璃消除一種偏振，反射的另一種偏振再次以布儒斯特角通過第二片消除。這種方法比Robert Wood設計能承受更高的峰值功率，但只能用於某個特定方向且準直很好的光束，也要注意控制黑色玻璃的表面散射。
對於長鏡筒和其它窄圓筒，略微指向入射光的倒鉤配置可能是最好的遮光方法。使通道足夠窄，並且光束需要幾次反射後才能脫離。內部塗上閃亮的黑漆，或用閃亮的黑色材料製作。倒鉤式遮光的缺點是光線最終會被反射出去，而所需的反射次數與入射角有很大關係。
在某些情況下，強雜散光可能來自很大的離軸角，而且可能從任何角度進入，就像室外應用中的陽光一樣。這種角度相關性帶來不便。這時可採用霧面黑表面，只減少視場內的照明區域。光學設計軟體提供基於雙向反射分佈函數(BRDF)的雜散光分析。
一個不錯的霧面黑設計是刀刃式遮光罩，包含一系列垂直於系統光軸的黑色孔徑。這些孔徑朝探測器方向略微減小，在理想情況下，前面的遮光板完全不在探測器的視場內，因此從啞光黑表面反射的光線要么遠離物鏡，要么擊中另一個遮光板。邊緣必須尖銳，因為太鈍的邊緣會使大入射角的反射光打到探測器上。
以上內容主要摘自P. Hobbs所著的Building Electro-Optical Syst ems一書。也許，眼前的黑不是黑，然而，我們還會繼續討論光學的白是什麼白。
*宏惠光電為 Thorlabs 授權銷售管道
文章來源 : https://mp.weixin.qq.com/s/XJr83Z1i8UvaUg6PJFLxJw