为了实现聚焦光学系统中元件公差的自动分配, 在实验室自主研发的OTS实际光线追迹软件平台构建公差分析模块, 并据此完成元件公差的优化.依据光学矩阵理论, 以公差的线性模型为基础, 从评价函数、元件公差分配和反馈系数三个方面研究公差优化问题, 结合蒙特卡罗方法和数值分析, 有效的为各光学元件制定了合理的加工公差.采用结合元件敏感度的公差分配方式, 根据现存的问题提出自适应优化法, 并给出了相应实现方法.搭建了多元件双通光学系统验证实际情况中公差模型的正确性.实例计算表明, 该方式使优化平均迭代次数下降了两轮, 相比Zemax分析过程, 在结果差异不大的情况下总运行时间下降了40%, 表明了算法的合理性.整个分析流程对实际的光学系统加工装配具有一定参考价值.

为了在强激光非线性传输仿真中综合考虑系统像差等因素，提出了一种基于光线追迹的非线性介质光追方法，并编程实现了线性介质与非线性介质的混合建模。以三片式聚焦系统为例，在系统中加入KDP晶体作为非线性介质，仿真分析了不同激光功率密度下KDP晶体的非线性效应对光束质量的影响。仿真结果表明，当激光功率密度达到1.62×1010 W/cm2时，非线性效应会导致光束质量明显下降。在该仿真结果的基础上提出了在不改变焦面位置的情况下，将元件间隔作为补偿器进行系统优化的方法。优化结果表明，焦斑尺寸较优化前减小2.8 μm，规范尺寸下的环围能量提高了16.2%，焦面处的光束质量得到显著改善。

在光学系统偏振传输理论的基础上，对一高数值孔径（NA）的透射式光刻系统进行了偏振分析，分析中考虑了系统的实际特性现有工艺水平可制备的增透膜、薄膜和基底材料的吸收作用以及偏振照明，以增加分析结果的可靠性。通过计算系统各光学界面的透射率、反射率、吸收率及二次衰减值等偏振参数，得到镀膜、吸收作用以及不同偏振照明对系统传输性能和成像性能的影响。结果表明镀膜能有效提高该光刻系统的性能及稳定性，并可以将不同偏振照明对该系统性能的影响减小至可忽略的水平；同时，显著的基底吸收作用是该系统能量损失的主因，但吸收引入的偏振作用相对总体而言较小。

利用Zernike多项式对用Zygo干涉仪测得的离散材料折射率数据进行了拟合, 再使用光线光学的方法评价了系统的成像质量. 由于材料折射率分布的无规则性, 在对包含非均匀介质的实际光学系统的模拟仿真和优化时, 需要考虑选取材料不同部位加工成的透镜会对系统成像质量有不同的影响, 而且加工好的透镜在装配过程中, 绕着光轴旋转不同的角度同样会影响成像质量. 通过计算机模拟的方法预先选取材料的最佳部位以及找到最好的装配位置, 从而提高了光学系统的性能.

元件的像差和加工装配误差会影响通过其中的超短脉冲的时空特性。在不考虑介质的非线性作用时，基于傅里叶频谱理论并结合光线追迹和衍射理论，发展了一种有效的数值方法仿真超短脉冲通过光学系统的时空传输特性。以一个引入实际误差的2片式聚焦透镜组为例，分析了入射中心波长为800 nm，脉冲宽度为30 fs的高斯型超短脉冲通过该系统的传输过程，并通过实验测量了该系统在焦点处的脉冲时间宽度和焦斑大小，并与仿真结果进行了比对。结果表明，该方法不仅可以很好地仿真分析实际光学系统中超短脉冲的时空传输效应，也使得超短脉冲系统的优化设计成为可能，同时也为提出加工要求和合理的公差分配提供了指导意义。

提出了一种高功率激光系统中鬼点空间坐标的快速定位算法, 用于在设计阶段分析系统中的多次反射与多级衍射鬼点, 以避免对系统造成危害。算法采用二叉树表示的多叉树存储鬼光束数据, 同时追迹第一近轴光线和实际主光线, 依据第一近轴光线确定鬼点的z坐标zg, 将实际主光线与z=zg平面的交点作为实际鬼点位置。以倾斜透镜和含衍射元件的终端光学系统(FOA)为例预测了鬼点的空间坐标, 经高密度实际光线追迹法验证, 在所得鬼点平面相应位置确有光能聚集, 表明鬼点空间坐标与实际鬼光束的密集区域相符。使用该方法在16 s内定位了含222面的激光系统的13124个鬼点。

建立了用于温度效应分析的光学系统热模型，提出了一种光学机械综合优化的被动补偿方法，该方法将光学系统中光学元件和相关机械零件温度特性统一参与光学系统优化设计，保证在较大的温度范围内都可以有很好的成像质量。设计实例表明，采用这个方法可以在不增加光学和机械结构复杂度的情况下得到良好的光机被动无热化效果。

杂散光是光学系统中所有非正常传输光的总称,杂散光对光学系统性能的影响因系统不同而变化.因此,在现代光学设计中,杂散光分析成为光学设计工作中的一个重要环节.杂散光产生的原因比较复杂,讨论了漏光和透射面残余反射引起的杂散光,针对漏光杂散光给出了高密度取样的分析方法,对于残余反射的杂散光建立了带能量因子的光线光学模型和光线二叉树的数据结构,在保证计算精度的同时减少了计算时间.对一个卡塞格林光学系统进行了漏光杂散光分析和光学表面残余反射杂散光的近轴与实际光线分析,得到减少杂散光的措施,达到了杂散光分析的目的.

简要介绍了微流控芯片及其现有的检测方法,重点设计研发一种具有高信噪比的检测仪.此检测仪器采用激光诱导荧光检测原理;检测光路采用共焦原理;并通过电路滤波及放大设计、仪器结构设计、软件设计等途径而研制.此检测仪是集光、机、电及软件处理等的多维一体的综合性仪器.检测证明这种仪器检测性能高、结构紧凑便于携带、具有很高的信噪比,检测能力可达到10-9n mol/L.

围绕环境温度对光学系统性能的影响及其解决方法,分析了温度效应的三个方面的因素:光学元件的折射率、曲率半径和中心厚度以及光学元件之间的空气间隔,并讨论了这三个因素与温度变化之间的关系.提出使用无热设计来消除温度效应对光学系统的影响,并且比较了当前三种无热技术之间的优缺点.最后给出了一个红外光学系统作为例子予以分析,在设计过程中使用了机械主动式无热技术,以补偿温度变化所产生的影响,通过比较使用无热设计前后系统的成像质量,说明了无热设计可以消除光学系统中温度效应的影响,使系统在较大的温度范围内保持较好的成像质量.