提出一种可用于隧道照明的、基于自旋转原理的太阳光反射照明系统。基于采光系统和出射系统光学中心合一原理分析了系统光学特性，设计出了利于整体封装的高采光量反射照明系统。分析表明，该系统在全方位跟踪太阳光过程中，光学中心始终保持不变，通过设定出射光方向即可实现太阳光定向投射，调节不同安装位置系统的出射角可实现隧道入口太阳光照明的全覆盖，证明了该系统用于隧道入口加强照明的可行性。实验测试表明，由该系统采集投射的太阳光，最高利用率可高达60%，照明距离长达120 m，为目前太阳光直接照明领域相同传输距离下光能利用率最高的技术。该技术的研究和应用对提升高光能需求的公路隧道照明低碳节能环保技术水平，促进公路交通“碳达峰、碳中和”和可持续发展均具有积极的作用。

针对道路照明设计中存在的两大标准体系即CIE和IESNA道路照明设计标准这一现状，从道路照明标准中各评价指标的定义、计算方法和规定阈值出发，讨论了两种标准体系的区别，并具体结合由不同道路和灯具型号组合所形成的20种道路照明模式，采用以节能为目标的最优化算法，得出在不同道路照明标准指导下每种模式的路面亮度分布，并分析比较了这两种标准下路面亮度指标的定量差异，进而得到相应的灯具数及能耗的差异。根据该结果分析我国与欧洲和北美国家在地理位置与交通状况上的差异，提出根据不同交通及地域特点进行照明模式的选择、提高节能水平的建议。

为提高LED光能利用率, 设计了一种自由曲面的全内反射(TIR)透镜。根据LED的光能分布特点, 通过控制光线路径得到TIR透镜折射面和反射面轮廓曲线上的离散点, 利用插值得到样条曲线, 再经旋转360°得到TIR透镜的模型。利用Tracepro软件对经TIR透镜的光线进行追迹, 根据光能利用率要求优化透镜结构, 得到在保持透镜小尺寸的同时, 光能利用率为95.26%, 光束的发散角控制在±15°以内。

采用密度泛函理论与准谐振德拜模型研究了面心立方相的6Li2O在极端条件下的热力学性质与电子结构。结果表明:6Li2O的热膨胀系数在任何温度下都随压强增加明显降低,但仅当压强较低(低于40 GPa)时，温度对6Li2O的热膨胀系数的影响才明显;O原子半径随压强增大而迅速降低，而随温度的变化并不明显;在低压条件下(低于40 GPa)，带隙随温度的升高缓慢降低；而在高压条件下(高于40 GPa)，温度对带隙宽度的影响几乎可以忽略；无论在什么温度条件下，带隙宽度均随压强的增大而迅速增加。

设计了一种在发光二极管(LED)光源照明下, 基于4f信息处理系统的光栅光调制器的投影物镜。对经光栅光调制器的衍射光进行滤波处理, 实现对调制后像的投影放大显示。设计结果表明：该物镜总长70.71 mm, 最大口径12.40 mm; 整体像差控制在理想范围之内, 可以满足成像要求。根据设计结果搭建实验系统, 实验结果与理论分析一致, 说明了设计的可行性。

提出一种利用三色激光作为照明光源时,基于单片光栅光调制器(GLM)的彩色投影显示方案。阐述了该投影系统的彩色显示原理利用色度学相关理论;分析了红、绿、蓝三色激光合成标准D65 白光源的原理;综合考虑显示色彩还原度、投影亮度和激光器输出功率3 个重要指标,对激光光源进行了优化选择。分析结果表明,峰值波长分别为635,532 及457 nm的三色激光器组合为光源的最优设计方案。搭建了相关实验系统,通过收集±1 级衍射光进行了静态光栅光调制器彩色投影实验。实验得到了红、绿、蓝及合成白色光源照明下的投影图案,初步证明了该彩色投影方案的正确性。

研究了用LED作为光栅光调制器的照明光源时,三基色光源数目之比和光源相干性对显示质量及颜色复现能力的影响。利用部分相干光和色度学的相关理论,比较了不同光源带宽对显示对比度和色彩显示的影响。结果表明光源带宽越小,显示对比度越高,色品图中的色三角的面积越大;此外,研究还发现三基色光源数目之比对色彩显示影响较大,当红绿蓝三色光源数目之比为2:1:1时,混色白场在色品图中的坐标与标准光源的白场坐标位置接近,并进一步得到在该比例下光源带宽和一般显色指数的关系:光源的一般显色指数随着光源带宽的减小而减小。从而为光学系统的设计提供了一个光源选择的优化方案。The influence of display quality and ability of color discrimination on different ratio of RGB light source number and different coherence of light source is analyzed,when LED is used as the lighting source for grating light modulator. By using partially coherent light and colorimetry theory,the display contrast and color display on different bandwidth is compared. The result illuminates the contrast and the area of color triangle is increasing as the bandwidth is becoming narrower,and the ratio of RGB light source number affects the quality of color display largely. The coordinate of white field is highly closed to the position of standard white light source,when the ratio of RGB light source number is 2:1:1. Meanwhile the relation between general color rendering index and bandwidth is acquired in this situation. It shows that the general color rendering index becomes less as the bandwidth is narrower. Above all,an optimized project based on the choice of light source for the design of optical system is proposed.<英文摘要>

提出了一种用于显示基于微机电系统的电热驱动法布里-珀罗光调制器.利用多光束干涉理论分析了该调制器的原理及光学特性.分析表明:当腔长为(2k+1)λ/4时, 反射光强取极大值;当腔长为2kλ/4时, 反射光强取极小值;通过改变腔长可以实现显示.光源谱宽越窄, 衬比度越高; 干涉级次越低, 衬比度越高; 衬比度随反射率的增加而减小.借助Ansys软件仿真分析了调制器的驱动特性.加工了器件并搭建实验装置进行了动态响应特性测试实验.结果表明,该调制器具有驱动电压低至3.2 V, 响应速度约为5 kHz的良好驱动特性.实验结果初步验证了该结构的可行性.

讨论了二维光栅光调制器阵列的表面弯曲度对衍射光学特性的影响。利用实测的表面结构数据建立了阵列模型, 利用Matlab软件计算了不同弯曲度对频谱面上衍射光强的分布影响, 得到了弯曲度与对比度之间的关系。结果表明暗态时光栅面的弯曲度对成像对比度的影响很大, 如果将光栅面的中心弯曲度控制在0.1λ以内, 在像面上将获得1000以上的对比度。并通过实验动态显示器件的明暗态调制, 得出减少光栅面弯曲度的优化方案。

针对一种新型的光调制器——光栅光调制器, 研究用LED作为其照明光源时对光学调制特性的影响。以部分相干光理论为依据, 结合MATLAB仿真, 推导出用LED照明光栅光调制器时, 光源带宽对成像对比度具有较大的影响, 通过滤色片将光源带宽减小到13 nm时, 像面上的对比度约为150, 进一步减小带宽至10 nm, 对比度将达到225。光源的尺寸在与光源到光栅光调制器之间的距离相比小于0.03时, 对光栅光调制器的光学信息处理不会有影响, 并通过实验加以证实, 从而说明采用LED作为光栅光调制器照明光源的可行性。