为提高空间激光通信离轴三反光学天线的装调效率，需要对反射镜总的装调自由度进行优化设计。基于共轴三反无焦系统的设计原理，提出一种主三镜一体化的设计方法，并推导了光学系统结构参数之间的关系，利用Zemax光学软件设计了一种结构紧凑、主三镜一体化的离轴三反光学天线。设计结果表明：全视场光学像质优于衍射极限，主镜和三镜空间位置相接近，可共母板加工和面形共基准检测，为主三镜的一体化加工提供了方法。光学天线的装调自由度减少了6个，降低了装调难度，提高了装调效率。

提出了一种新型的基于间接测量原理的塔式太阳能热发电系统聚焦光斑能流密度的检测方法。该方法不需要使用量热计或能流密度探测器,使测量过程得以简化。利用同一部相机，在完全相同的相机参数设置下，拍摄太阳和聚焦光斑的图像，根据当前的太阳直射辐射值，标定相机的像素灰度值与聚焦光斑能流密度值的比例因子，进而得出聚焦光斑的能流密度分布。详细阐述了该方法的测量原理，搭建了实验平台，并测量了一面小定日镜聚焦光斑的能流密度分布，验证了该方法的正确性和可行性。实验结果表明，该方法测得的峰值能流的相对误差小于5%,而系统的重复性误差约为1%。

为提高抛物槽式太阳能聚光器的聚光效率，需要对聚光器的整体面形进行检测和调整。提出采用吸热管反射成像法检测槽式聚光器各子镜的安装位置及倾斜角度，进而获得聚光器的整体面形信息。通过测量相机与被测聚光器的相对位置，可计算吸热管在待检测子镜中的成像位置及形状，并推导了吸热管在聚光器中的理论成像位置计算公式。进行了吸热管反射成像法检测槽式聚光器面形的实验。通过调整聚光器子镜的安装位置和倾斜角度，使吸热管在子镜中的实际成像位置与理论位置重合，验证了检测方法的正确性和可行性。

针对槽式太阳能热发电对聚光器面形检测的需求，在详细调研了太阳能聚光器面形检测现状的基础上，提出了一种基于偏折原理的太阳能槽式聚光器面形快速检测方法。采用一种自迭代算法进行曲面重建并且引入摄影法对被测镜位置进行快速定位，使操作更简单，测量速度更快，以适用于在线检测。详细阐述了该方法的测量原理，搭建了相应的实验平台，测量了一面槽式抛物镜的面形。实验结果表明该方法能快速、定性地给出被测镜的面形数据，验证了该方法的正确性和可行性。

为使太阳模拟器的接收靶得到高能流高均匀度光斑，需要对聚光系统进行优化设计。提出利用非共轴椭球面聚光镜优化光斑质量的方法，使光斑的能流分布均匀度有明显改善。利用蒙特卡罗光线追迹方法，设计了聚集型高焦比太阳模拟器。在第二焦面处，80 mm直径的接收靶面上可接收10 kW的辐射光能，光斑对称性和均匀性好，系统的传递效率为23.81%，80 mm直径靶面内的平均能流密度为2 MW/m2，50 mm直径靶面内平均能流密度达到3.64 MW/m2，对应的理论色温超过2800 K。采用非共轴椭球面聚光镜，成功研制了由电源控制系统、冷却系统、氙灯光源和聚光系统构成的太阳能模拟器。经实验测试，太阳模拟器的聚光光斑与光学仿真软件TracePro模拟光斑符合得很好。