Y3Al5O12∶Ce3+(YAG∶Ce3+)荧光玻璃由于光谱中缺少红绿光成分，难以满足高显色激光照明的应用需求。本研究工作基于钇铝石榴石结构荧光材料宽光谱、高光效及高稳定的特性，选用绿色发光Y3(Ga,Al)5O12∶Ce3+(YAGG∶Ce3+)和橙色发光(Y,Gd)3Al5O12∶Ce3+(GdYAG∶Ce3+)荧光材料作为荧光玻璃中的荧光组分，获得了具有较高显色性能的荧光玻璃材料。详细研究了制备温度、荧光粉和玻璃粉的比例、YAGG∶Ce3+ 和GdYAG∶Ce3+ 荧光粉的比例以及样品厚度对其性能的影响。通过制备工艺及材料组分的优化，YAGG∶Ce3+/GdYAG∶Ce3+ 荧光玻璃样品在蓝色激光激发下的显色指数(Ra)可以达到79.7，相比YAG∶Ce3+ 荧光玻璃提升了13.7%左右。具有最优Ra的荧光玻璃样品的发光饱和阈值为1.63 W/mm2，此时样品的发光效率可以达到163.14 lm/W，可应用于激光照明领域实现白光照明品质的提升。

高性能荧光转换材料的开发是激光照明技术发展的关键，由于荧光材料会受到高功率激光的激发，因此必须具有高导热性能及优良的高温稳定性。荧光玻璃薄膜材料由于其优异的综合性能，在激光照明显示领域表现出了良好的应用前景。传统Y3Al5O12∶Ce3+(YAG∶Ce3+)荧光玻璃薄膜由于显色性能较差，难以满足高品质激光照明应用的需求。氮化物荧光材料La3Si6N11∶Ce3+由于结构的特性，表现出比YAG∶Ce3+更宽的发光光谱和更好的热猝灭性能。本工作针对高显色激光照明的应用需求，在镀有光学薄膜(蓝光透过)的高导热蓝宝石基板上制备了La3Si6N11∶Ce3+(LSN∶Ce3+)荧光玻璃薄膜，并研究了合成温度、荧光粉与玻璃粉的比例(PtG比)、薄膜厚度以及蓝光透过光学薄膜对最终样品发光性能的影响。通过工艺优化，在800 ℃条件下获得了综合性能优异的LSN∶Ce3+荧光玻璃薄膜(PtG比为1∶1，厚度为50 μm)，样品可承受最大功率密度为12.73 W/mm2蓝色激光的激发，发光效率可以达到157.6 lm/W。此外，LSN∶Ce3+荧光玻璃薄膜显色指数Ra相比YAG∶Ce3+提高了9%左右，达到了74.9，在高显色、高功率激光照明领域表现出良好的应用前景。

通过分析光学系统结构参数变化对像差的影响, 提出通过优化各光学表面的曲率进行光焦度合理分配来减小各表面产生的初级像差, 从而实现降低各加工装调公差灵敏度的方法.利用该方法优化了一个小像差相互补偿的焦距为25 mm, 全视场角为26°, 入瞳孔径为18 mm, 光谱范围为500 ~800 nm的大视场纳型星敏感器光学系统, 系统全长40 mm, 光学系统成像质量满足指标要求.与所设计的大像差相互补偿光学系统进行了公差灵敏度对比分析, 结果表明：光焦度合理分配后的光学系统, 第5片透镜的厚度公差对均方根弥散斑半径的影响从3.75 μm降低到0.17 μm; 第5和第6元件间隔公差对均方根弥散斑半径的影响也分别从4.36 μm和4.74 μm降低到0.25 μm和0.18 μm.蒙特卡罗分析表明, 均方根弥散斑半径小于7.59 μm的概率从23%增加到了80%.实验测试结果表明, 星敏感器在全视场范围内, 能量集中度在Φ17 μm范围内优于80%, 满足星敏感器的指标要求.

为了解决常规姿态敏感器非在轨标定设备实测结果与设计精度存在偏差、且缺乏模拟目标天体特征功能的实际问题, 本文提出一种利用多棱镜结合的LCOS光学拼接方式与亚像素显示技术相结合的高精度动态天体模拟器设计方法, 实现对星点位置以及目标天体特征的精确模拟。详细论述了传统LCOS拼接形式两片光阀对比度低的原因, 提出了基于两片PBS和两片半反半透镜的拼接架构改进方案; 设计了小畸变、复消色差的高成像质量准直光学系统。重点阐述了亚像素显示技术的思想及方法, 利用亚像素技术分别对动态星图和目标天体进行仿真并进行了实验测试。结果表明: 模拟器的两片LCOS显示对比度相同, 动态星图的星间角距误差小于±6″、星等模拟范围达到连续8个等级、星等模拟精度优于±0.3 mV; 可以提供目标天体特征模拟图片。高精度亚像素显示技术动态天体模拟器消除了LCOS显示对比度差异, 达到了姿态敏感器识别特征点的准确性要求, 基本可以满足敏感器非在轨精度标定与功能测试的要求。

为了降低基于硅基液晶拼接的动态星模拟器背景杂散光, 对传统的光学引擎进行优化, 提出一种多偏振分光棱镜组合方式, 并对其光机结构进行设计.阐述了光学引擎照明系统的设计方案, 讨论了降低视场角、增强均匀性的方法.通过Tracepro对照明光学系统进行仿真, 对照明光源设计方案的可行性进行了验证.实验结果表明: 优化后的动态星模拟器杂散光辐照度降低了2.93倍.优化后的光学引擎有效地抑制了背景杂散光, 并且增强了两片反射式硅基液晶对比度的一致性.

针对基于硅基液晶(LCOS)拼接技术的动态星模拟器对比度低, 无法在星图识别过程中为星敏感器提供全部有效目标的问题, 提出通过抑制光学系统杂散光来提高LCOS拼接动态星模拟器对比度的方法, 讨论了偏振度对于杂散光的影响, 并推导出入射角与偏振度的函数关系。设计了抑制杂散光的光学系统, 该系统包括利用复合抛物面聚光器（CPC）结合望远系统组成照明光源, 配合多棱镜的1/4波片和视场角不小于11°的准直光学系统。在截止频率为60 lp/mm, 视场角小于±5°的情况下, 该准直系统的调制传递函数(MTF)大于0.7。实验显示：该高对比度LCOS拼接动态星模拟器的星间角距误差小于18″, 相对于传统型的星模拟器杂散光降低了2.38倍, 其在保证精度的条件下, 降低了动态星模拟器的背景噪声, 提高了动态星图的可识别率, 基本可以满足星敏感器在多星等条件下的对精度和动态特性的需求。