通常光学相位延迟测量方法都采用单一波长的光进行测量, 无法准确反映延迟量随波长的变化。文章提出了一种简便的相位延迟谱的测量方法, 该方法利用平面偏振测量仪, 通过旋转待测元件并测量系统的透射光谱, 进而按照原理算法解算出相位延迟谱。实验结果表明, 该方法具有很好的重复性, 操作简便, 测量结果的重复性可以保持在0.41°以内。

为提高太阳模拟器聚光镜的有效聚光效率, 提出一种基于椭球面二项展开式的非标准椭球面聚光镜, 通过改变展开式的二次项系数控制聚光镜面形, 提高聚光镜对氙灯光源离焦发光点的聚光效果, 使第二焦面上的光能分布更为紧凑, 从而提高系统的光能有效利用率。结合具体实例进行数值分析, 并采用蒙特卡洛光线追迹方法模拟实际光照效果。分析结果表明, 在有效辐照面积内非标准椭球面的聚光效率相比传统标准椭球面提升了10%左右。

气流扰动将引起干涉检测光路中空气折射率动态变化, 从而引入未知波前测量误差, 它对于大口径、长焦距光学系统波前检测精度的影响尤为严重。为抑制该影响, 本文提出一种基于计算流体动力学的主动温度场控制方法。首先, 分析了气流扰动引入波前检测误差的原因, 并基于流体力学理论阐明了通过主动送风手段提高室内温度场均匀性、抑制气流扰动影响的可行性。其次, 结合口径为500 mm、焦距为6 000 mm的离轴三反望远镜检测光路构成以及所处环境条件, 通过Fluent软件仿真建模提出一种利用风扇阵列主动送风的室内温度场控制方法。最后, 对温度场控制前后实际光学检测数据进行对比, 结果表明, 控制前后7组像差系数测量值(一段时间内多次测量平均值)之间的标准差由0.034λ减小到0.005λ(λ=632.8 nm)。本方法可有效抑制气流扰动对于光学检测精度的影响, 对于提高非真空条件下大口径光学系统的波前检测精度具有一定的参考与借鉴意义。

为了研究温度对大口径SiC反射镜镜面曲率半径和面形RMS值的影响，针对某空间相机2 m口径SiC主反射镜建立了有限元模型，分析了均匀温度场、轴向温度梯度以及径向温度梯度对反射镜曲率半径变化量和面形RMS值的影响程度和规律,通过理论分析和试验验证了仿真结果的准确性。结果表明：温度梯度对反射镜曲率半径和面形RMS值的影响远远大于均匀温度对其的影响，曲率半径变化对轴向温度梯度最为敏感，面形RMS值对径向温度梯度最为敏感。1 ℃轴向温度梯度引起的曲率半径变化比相同均匀温升引起的曲率半径变化量大48倍。±1 ℃径向温度梯度引起的面形RMS值可比相同均匀温升引起的面形RMS值大202倍。在确定反射镜热控指标时，必须考虑轴向温度梯度和径向温度梯度对稳定性公差的影响。

为了分析径向温度梯度对轻量化反射镜面形精度的影响, 以某空间相机2 m口径轻量化反射镜为研究对象, 建立了反射镜有限元模型, 分析了不同分布形式的径向温度梯度对轻量化反射镜面形RMS的影响程度, 通过试验验证了仿真方法及结论的准确性, 研究了不同轻量化结构与径向温度梯度对反射镜面形精度的耦合影响。结果表明: 不同分布模式的径向温度梯度引起的面形RMS值最大可相差294倍, 且径向梯度引起的面形误差无法通过优化反射镜支撑方案的方式使其减小。不同轻量化结构的反射镜面形精度对不同分布模式的径向温度梯度敏感度不同, 三叶式削边和对称式削边的轻量化方式在特定径向温度场分布模式下, 会对反射镜热稳定性产生极不利影响。

为使LED光源实现特定范围内的均匀照明，提出了一种由复合抛物面集光器和自由曲面透镜结合的主次镜两级准直照明设计方法。该方法可将照明系统出射角控制在±5°～±15°范围内，并在目标区域内实现均匀照明。仿真结果显示：系统出射角在±5°～±15°范围内，理想情况下该系统的能量利用率和照明均匀度均可达85%以上；同时，系统的照明均匀度不会随照明距离的改变发生显著变化，在实际应用中可通过改变照明距离来改变光斑大小和光斑照度。

基于平面偏振干涉测量原理,提出了一种用于平板玻璃中部应力检测的偏振移相干涉测量法。通过旋转检偏器实现了偏振移相,采用建立的数学模型得到了应力双折射数值及其分布曲线,由玻璃的应力光学系数得到了中部应力值。对浮法平板玻璃样品的中部应力进行了实验研究,结果表明,所提方法的测量误差可控制在3%以内,测量重复性优于1 nm/cm,验证了所提方法的可行性。

为了满足生物类等样品对大工作距和高分辨率共焦显微镜的需求, 将分光瞳技术与激光共焦显微技术结合应用到成像系统上。阐述了激光分光瞳共焦显微成像原理, 首次成功搭建了相应的显微镜成像测量系统。理论分析和实验表明: 分光瞳共焦显微技术独特的非共轴结构使系统的轴向分辨力是相同数值孔径物镜单轴系统的3倍以上, 对理论高度为100nm的台阶样品进行成像测试, 得到的样品三维形貌, 成像质量良好。

本文采用有限体积法建立了1/72龙鲨Ⅱ号核潜艇的三维计算模型, 结合动参考系、用户自定义函数和物性多项式函数等实现了高速旋转螺旋桨和海水温度密度分层的仿真。基于该模型, 探讨了螺旋桨高速旋转、海水温度密度分层和高温热尾流喷射等因素对潜艇冷热尾流传热传质特性的影响, 所得结论如下: 高速旋转螺旋桨促使热尾流后向延迟距离增大、海表温差减小, 忽略旋转时海表温差的绝对误差和相对误差分别为3.23 mK和52.7%; 水下航行潜艇扰动温度密度分层海水浮升形成冷尾流温差信号, 与温度密度均匀海水相比, 海表温变区域显著增大、尾流温差由6.13 mK增大到84 mK; 通过海表上游冷尾流特征判断是否存在水下航行潜艇, 若存在, 再结合海表下游热尾流特征实现潜艇位置的精确反演。上述结论可为优化潜艇冷热尾流的数值仿真精度提供参考与借鉴。

为了提高空间热控分系统的散热调节能力和热环境适应性，设计了一种微米行程的微膨胀型热开关。介绍了热开关的结构组成和工作原理，通过理论-仿真-试验相结合的方式，计算评估了热开关的断开热阻、闭合热阻和开关比等关键热特性。依据热阻网络串并联关系计算热开关的理论特性，断开热阻为301.71 K/W，闭合热阻为1.06 K/W，开关比约为283.6。基于有限元模型分析热开关断开/闭合过程的瞬态热特性，热端发热功率为18 W时，热开关闭合响应时间为340 s，触发温度为35.5 ℃，闭合热阻约为2.3 K/W。在2次热开关性能测试试验中，闭合热阻和开关比分别为1.08 K/W、279.4和1.67 K/W、180.7，试验数据与理论计算高度一致。同时指出: 装配调试过程的不确定性会造成微膨胀型热开关宏观热特性的小区域波动。本文工作可为后续微膨胀型热开关的结构优化设计、机械加工细化和装调方式改进提供参考。