干涉型成像光谱仪是嫦娥1号(CE-1)卫星的重要设备, 用于分析月球表面物质成分含量及其分布, 目前所得到的2B级科学数据的光谱分辨率为325 cm-1, 转化为波长分辨率表示后各谱段不一样, 第一个波段为7.6 nm, 最后一个波段为29 nm, 这引入两个问题: (1）与地面波谱库中用于标定和比对的光谱分辨率描述方式不一致; (2）由于波段窄而进入的信号少, 造成短波光谱信噪比差。 基于CE-1干涉成像光谱仪光谱重建模型, 讨论了波长分辨率与截止函数的关系, 提出了一种随波长及波长分辨率变化的可调截止函数, 并选取相应Sinc函数进行切趾, 实现了波段覆盖范围内任意指定波长分辨率的光谱数据重建。 利用该方法对CE-1号在轨0B数据进行处理, 得到了29 nm等波长高光谱图像, 采用光谱信噪、 主成分分析和无监督分类等方法对重建结果与同区域2级科学数据进行比对, 结果表明: 短波波段光谱信噪比提高了4倍, 平均提高了2.4倍, 基于光谱特征的分类结果一致, 数据质量大大改善。 EWSR方法的优点有: (1）在保持光谱信息量的情况下, 虽然牺牲部分光谱分辨率, 但提高短波波段的光谱信噪比; (2）实现了在波段覆盖范围内任意指定波长位置或任意设定波长分辨率的光谱数据重建。

利用口径150mm、视场±0.17°、接收波长974 nm的光学天线望远系统原理样机，搭建了试验装置并进行了实测，测量结果显示光学天线在0.35°附近及1°附近出现了两个原路回波杂光峰值.通过对两个杂光峰值的仿真分析，提出了在主镜内部增加二次斜光阑及临时挡光环的措施，消除望远系统前向散射杂光.通过分析主次镜焦距分配对光学天线望远系统杂光的影响，指出在设计中缩小主镜焦距可降低系统原路回波杂光，这对光学天线消回波杂光设计具有指导意义.

从能量传递及光学天线出瞳允许的杂散光亮度出发,推导得出了杂散光控制指标要求.提出两种消除一次杂光方案.方案一是在主、次镜上设置遮光罩,方案二是设置主镜遮光罩并在出瞳附近设置利奥光阑.理论分析表明方案一因设置次镜遮光罩而增加遮拦比,方案二因在出瞳附近设置利奥光阑而产生渐晕,由于光学天线对发射/接收效率指标要求很高,因此在设计时需兼顾能量.针对某卡塞格伦光学天线仿真分析了两种方案的接收/发射效率和杂散光抑制效果,发现方案二的发射效率和杂散光抑制能力优于方案一,只是边视场的接收效率略低.最终选用方案二作为原理样机的杂散光抑制方案,对其进行杂散光测试,测试结果为:视场外1°~20°系统实测消光比小于-40 dB,满足杂散光指标要求.

根据深空探测任务中对着陆器相机要求宽探测范围的需求，设计了一种对焦结构可见/近红外相机光学系统.系统采用准远心光学结构，由前固定组和后对焦组组成，前固定组属于一个无焦系统，后对焦组放于固定组后，当对远近目标成像时，移动对焦组可在像面上获得清晰成像，并且不同距离的目标对焦过程中，系统的焦距不发生改变.实验测得系统焦距为50 mm，F数为8，谱段范围为400~1 000 nm，能实现探测范围从0.8 m到无穷远目标的清晰成像; 成像质量高，光学传递函数接近衍射极限，畸变优于1%.对光学系统的公差进行了分析，表明该光学系统公差在现有加工水平下均能保证良好的成像性能，具有工程可实现性.研究表明该光学系统可应用于月球、火星、小行星等深空探测中着陆器的中等焦距的立体测绘相机.

设计了一种用于深空探测的新型宽视场多光谱降落相机，通过两档切换，实现了1.5 m~+∞以及30 cm两档成像范围的目标探测.在1.5 m~+∞档，能实现着陆器下降过程中对被测星体表面的全色成像；在30 cm档，采用蓝绿、红色以及近红外三个独立的发光二极管光源阵列分别对着陆后近距离目标进行照明，通过对采集到的多光谱图像进行处理，可实现目标组成成分的鉴定.取降落相机设计谱段420~900 nm，方形视场49.5°×49.5°，F数5.4，当目标距离为1.5m~+∞时，焦距f′1为12.9 mm；目标距离30 cm时，焦距f′2为12.5 mm.系统中第一镜采用近似无光焦度的前置弯月透镜，利用镜片的开合完成不同成像范围的档位切换，使系统焦距在两档切换时变化不大，目标不易丢失.分析可知，镜头在35 lp/mm处，系统调制传递函数均达到0.6以上，成像质量接近衍射极限；全视场畸变优于1.2%；第一镜倾斜、偏心公差设计合理.该设计解决了以往定焦降落相机在着陆后无法对近距离目标清晰成像的问题.

To ameliorate the disadvantages of imaging system coupled with imaging fiber bundle, a method by adding square aperture microlens arrays at both entrance and exit ends of the imaging fiber bundle is proposed to increase the system’s coupling efficiency. The expressions for solving the parameters of both ends’ microlens units are deducted particularly. The microlens arrays used for an infrared imaging fiber bundle with the single fiber diameter of 100 μm and core diameter of 70 μm are designed by this method. The simulation results show that compared with the system without microlens arrays, the fill factor of the imaging fiber bundle coupled microlens arrays system is increased from 44.4% to more than 90%, and the coupling efficiency is doubled too. So the design method is correct, and the introduction of microlens arrays into imaging fiber bundle coupled system is feasible and superior.

为了使红外镜头能够在宽的温度范围内工作, 在红外光学系统的设计时就要充分考虑热对光学性能的影响, 并要进行光机热集成分析。论述了光机热集成分析方法及流程, 并设计了一个焦距f=200 mm的冷光栏匹配的宽工作温度的红外镜头。建立了红外镜头的有限元模型并进行了热力学分析, 对分析的镜面变形结果数据进行了处理, 得到各镜片间隔和面形变化, 代入光学软件得到了热环境对光学成像质量的影响。分析结果表明, 对于-40℃~+60℃红外镜头的各个视场, 16线对的调制传递函数都大于0.5, 具有良好像质。所设计的红外镜头结构简单可行, 能够满足设计要求。

设计了用于非制冷红外焦平面阵列探测器的大视场、大相对孔径的长波红外物镜。系统由3片非球面锗镜组成, 采用反远距结构, 系统焦距为6mm, 相对孔径为1∶0.8, 全视场角为160°, 总长为86.13mm。设计结果表明：在空间频率为20lp/mm处的MTF值大于0.7, 接近衍射极限。该系统除具有反远距结构的结构简单、体积小、质量轻、像面照度均匀等优点外, 还具有超大视场。

以嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪为例,介绍了Sagnac干涉仪的设计思想,共光路及横向剪切原理、剪切量的计算方法以及干涉仪分束面上分束区与透射区的设计.该Sagnac横向剪切干涉仪作为嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪的核心部件,经检测与在轨运行,表明设计正确,经受了包括月食低温在内的各种恶劣的航天环境的考验,获得了大量清晰的月表多光谱图像.

根据衍射光学元件具有大的负向色散特性，将衍射光学元件应用于红外双视场光学系统中，根据傅里叶光学分析衍射光学元件(DOE)的消色差，列表对比折射透镜与衍射光学透镜的特性，并给出变倍比为4∶1可用作非制冷红外热像仪的光学系统的具体设计实例。系统采用切入式变焦方式，在短焦时切入2片透镜实现宽视场，通过引入二元面和非球面提高了成像质量。设计结果表明：在空间频率11lp/mm处，短焦距40mm时，各个视场的MTF值均大于0.6；长焦距160mm时，各个视场的MTF值均大于0.7，宽视场和窄视场都具有较好的成像质量。