研究了频谱受调制的修正圆Airy光束（MCAB）在单轴晶体中沿光轴的传播特性。与其他光束一样，左旋圆偏振（LHCP）的MCAB沿单轴晶体光轴传播时会激发拓扑电荷数为2的涡旋右旋圆偏振（RHCP）分量。MCAB在晶体传播时，LHCP分量和RHCP分量都会出现“突然自聚焦效应”，不带涡旋的LHCP分量在焦点附近形成实心光束，而RHCP分量由于具有涡旋相位而在焦点附近形成空心光束。单轴晶体的各向异性导致LHCP分量比涡旋RHCP分量更早出现最大光强。选择合适的频谱调制参数，MCAB的“突然自聚焦效应”强度约为普通圆Airy光束（CAB）的3.4倍；在晶体长度为10 cm的情况下，不带涡旋的LHCP分量转化为涡旋RHCP分量的效率可达43.28%，比普通CAB高约10%。

针对传统机械式切割钻石的加工过程中, 切削力四处传播容易造成钻石损坏, 切割的噪音和粉尘也很大, 加工精度不高等问题, 提出采用激光切割钻石的加工新方式。为了减少实验和加工过程中的盲目性, 分析了钻石激光切割的加工机理, 根据加工过程中温度场和热应力分布, 推导出材料加工阈值和裂纹产生阈值公式, 作为钻石切割的上下参考阈值。并且设计了一款基于软件的532 nm激光切割钻石装置, 装置中采用了具有切割、成像和照明三种功能的新型复合镜头, 保证加工装置不仅能切割钻石, 还能动态显示钻石加工效果; 设计的专用夹具可带动钻石自由旋转, 从而便于用户根据杂质情况任意选择加工位置, 提高加工质量, 减少加工中损耗, 从而实现最优加工。

利用三维有限元计算技术,分析了从三面体到八面体铝合金转镜镜面变形规律.发现以四面体为界,三面体转镜镜面变形为向内凹进,五面体及以上转镜镜面则向外凸出.在对镜面变形定量分析基础上,提出了镜面变形的几何补偿方法,即采用柱面代替平直镜面,使镜面变形后的位置趋近于平直.结果表明,对镜面尺寸17.32 mm,轴向长度32.5 mm的三面体铝合金转镜,在5×104 rpm下,镜面最高点偏离平直镜面的最大值为0.468 μm,是平直镜面的1/9,与相同结构尺寸的铍转镜镜面变形量处于相同量级.说明铝合金转镜采用几何补偿方法,可以在扫描式摄影系统中代替铍转镜.

转镜相机像面设计中,基于传统代替圆理论的设计存在原理性误差,而通过综合考虑几种代替圆理论衍生出来的最佳设计理论会出现圆心不重合、转镜中心点偏离坐标中心等问题,对加工和装配的要求高.在数字像面设计中,把转镜旋转中心点设为坐标中心,推导出每个传感器成像像面坐标和像面边缘离焦量方程,从模拟结果可以看出,转镜扫描时形成了Pascal蜗线,且每个像面又单独为一条直线,符合高速转镜原理和本文计算理论的结论.可为像面定位、工作角、倾斜角选取提供依据.

提出了超高速摄影仪中弹性支撑转镜模态分析方法,利用有限元法对三面体铝合金转镜刚性支撑和弹性支撑情况下的一、二阶模态进行模拟,结果表明:电驱动转镜在转速工作范围内只有2个临界点,分别位于2.5×105～2.6×105 r/min和2.6×105～2.7×105 r/min处,并且均为一阶弯曲振动,一阶模态振动发生在垂直平面内,二阶发生在水平平面内.将模拟结果与实测值进行了比较,发现假设转镜为弹性支撑与实测值吻合得较好.

给出了3维弹性力学空间问题基本方程和有限元结构强度分析原理,分析了三面体铝合金转镜空间结构强度的力学特征,建立了有限元模型,分析了其在轴孔与轴的3种配合关系下的应力分布.结果表明轴孔严重削弱了镜体强度,而配合方式对转镜强度基本无影响.提出了减小转镜内部应力的无轴孔三面体铝合金转镜结构,在该结构下转镜强度提高了1.9倍,极限转速为原结构的1.7倍,适合于分幅式摄影系统.