模块化设计、多通道集成已成为当前光电装备研制的主流思路，但多个探测单元的光轴一致性却直接影响着光电装备的使用效能。现有方法难以兼顾多光谱、多光轴、高精度、大轴系跨度等多种光轴平行性检测需求，为此，本文提出了一种基于“反射式结构 +光轴平移”思想的多光谱多光轴平行性检测方案。采用“反射式结构”设计反射式平行光管，解决了多光谱范围内可见光、微光、激光、红外等不同波段光轴的平行性检测问题；利用“光轴平移”思想解决了大跨度范围内光轴间平行性检测问题。结果表明：本设计方案的平行性检测误差小于 0.134 mrad，可检测的轴系跨度可达 0.5 m，能够满足绝大多数光电装备的光轴平行性检测需求。

为探寻解决微/纳机电系统中摩擦和磨损等界面效应问题的理想新方法, 研究了石墨接触界面对石墨超润滑的影响及阻力来源。首先, 利用电子束曝光、反应离子束刻蚀等微加工方法制备了微米级石墨平台, 并使用微纳机械手推动石墨平台获得了具有超润滑特性的石墨表面。然后使用拉曼光谱、纳米级红外光谱和原子力显微镜对获得的超润滑石墨表面进行表征。最后使用了能谱仪对石墨平台进行了微区元素分析。结果表明, 超润滑石墨表面具有原子级光滑的平整度, 并具有极高的有序度, 而石墨表面的边缘具有多种缺陷并在加工过程中及大气环境中吸附了多种分子, 边缘的氧原子含量比面内氧原子含量高出了24.2%。推动石墨平台的过程中, 边缘吸附分子会阻碍超润滑石墨接触界面发生相对滑动, 克服这些分子的吸附需要能量, 这成为摩擦阻力的来源。

石墨微结构的表面一般为原子级光滑或纳米级光滑,是研究表面、界面物理性质的重要基础,对结构超润滑、微机电器件的研究和应用非常重要。为了解石墨微结构表面的状态和性质,其无损表征具有重要意义。通过微加工方法制备出石墨微结构,使用微纳机械手上的针尖推动石墨微结构上部可以得到原子级光滑或纳米级光滑的石墨表面。使用拉曼光谱对获得的石墨表面进行表征。通过与原子力显微镜和电子显微镜的表征结果进行对比发现,拉曼光谱能够准确反映石墨表面的缺陷程度,同时具有非接触、无损和快速的优点。这表明拉曼光谱在纳米级光滑石墨表面的表征中能够提供可靠表征信息,并且检测快速、不破坏样品,为石墨结构超润滑和MEMS器件的后续研究和应用奠定了基础。

为对室内不拆装情况下大型或整车上的多谱段光电装备进行光轴平行性检校，设计了大尺度多光谱多光轴平行性检校系统。系统采用一个多光谱平行光管提供多个谱段的无限远目标，通过二维移动平台实现平行光管的室内大跨度移动。利用倾角传感器、双线阵CCD测量系统和姿态调整机构来恢复和保证平行光管移动前后的光轴平行性，实现室内分布在车体上不同轴距不同谱段光电装备的光轴平行性进行统一检校。系统设计方案和误差分析结果表明: 该系统平行光管移动前后的光轴平行性总误差小于0.142 mrad，在提高检校精度的同时还大大减小了光轴平行性检校的工作量; 各分系统中倾角传感器和姿态调整机构误差对系统总误差贡献最大，通过选用更高精度的分系统还可进一步提高系统的总体精度，满足更高精度装备的光轴平行性检校要求。

具有原子级光滑平面的石墨平台微结构是实现特殊功能微机电器件、微系统的重要基础。石墨微结构的化学信息表征对微机电器件、微系统的制备及性能有着重要的意义。先使用原子力显微镜获得形貌信息，再使用纳米级红外光谱对微结构的不同区域进行表征，获得了多个特征位置的红外光谱。通过对红外光谱的分析发现相对于其他位置，石墨平台表面具有非常有序的碳六元环结构，并且吸附的水分子最少。而石墨平台微结构的边缘由于悬键及微加工等原因是吸附水分子最多的位置，石墨基底由于微加工的破坏已经不具有碳六元环结构。这些信息为了解微结构的化学状态提供了帮助，明确所处环境对石墨平台微结构不同位置的影响，能够指导微机电器件的制备与应用。

望远镜的光轴平行性是双目仪器的重要指标, 光轴失调会影响观察人员视力甚至观察效果。文章提出了利用棱镜微动理论建立望远镜光轴的检校模型, 将检校过程分为初校和精校两个步骤, 对推导过程进行了讨论。通过实验对该模型的正确性进行了验证, 结果表明, 结合CCD和图像处理技术可以对望远镜光轴进行精确校正。

平行光管是光学实验及计量检测的重要设备。平行光管处于离焦状态将给检测结果带来诸多不良影响。文章提出斜方棱镜校准法, 利用斜方棱镜的光轴平移作用, 将平行光管的两束边缘光分别入射到同一个CCD中, 分划板成像在不同位置则说明分划板偏离物镜后焦面, 根据成像位置调整分划板位置, 实现平行光管的校准。对可能产生的误差进行了分析, 得出在增加8倍望远镜的情况下精度可以达到2″以内, 并通过实验验证了该方法的可行性和准确性。

红外十字分划线的提取和中心定位是红外观瞄装备实现光轴检测数字化的重要组成部分。针对红外图像对比度差、信噪比低、边缘模糊的特点,提出了基于灰度形态学的十字分划线提取方法,应用一个形态学顶帽算子并对得到的结果使用大津(Otsu)方法进行阈值处理。根据十字分划线的形态特点设计了十字结构元素对提取出的十字分划线进行腐蚀,对红外十字分划线实现了定位。实验结果表明,提出的算法能在图像对比度较低,边缘模糊的情况下有效地提取出十字分划线,并准确定位到十字分划线的中心。

设计了一种多光谱双目光电装备光轴平行性数字化检校系统。利用平行光管产生无限远白光、微光、红外目标, 平行光经双目光电装备、光轴平移装置, 将两路光线入射到面阵CCD上, 目标图像经CCD、图像采集卡转换成数字图像信息送入计算机, 利用软件算法得到光轴误差量, 参考所建立的光电装备数学模型, 给出光轴校正方案, 利用辅助工具完成光轴平行性校正。该系统适用于多种双目光电装备, 能够实现自动化检测, 并给出数字化的光轴误差量, 具有良好的通用性和可扩展性。