当地下水含较高浓度的碳酸和氯离子时，碳酸水溶液对地下混凝土结构的腐蚀会导致氯离子在混凝土中的迁移更快。本工作研究了碳酸水溶液环境里氯离子在砂浆中的迁移特性，用X射线衍射分析(XRD)、热重分析(TG-DTG)和扫描电子显微镜(SEM-EDS)分析了碳酸水溶液-氯离子侵蚀下净浆侵蚀产物以及微观形貌的变化。结果表明：碳酸水溶液侵蚀前期，氢氧化钙和水化硅酸钙(C-S-H)凝胶脱钙碳化生成碳酸钙填充了砂浆的孔隙结构，抑制了氯离子在砂浆中的迁移；侵蚀后期，由于碳酸钙的溶解以及低钙硅比的C-S-H凝胶转变为无定型硅胶共同导致了砂浆孔隙率增大，氯离子在砂浆中的迁移加快；碳酸水溶液侵蚀导致了水泥基材料中Friedel’s盐的分解以及C-S-H凝胶吸附氯离子能力的下降；降低水灰比能增加砂浆抗碳酸水溶液侵蚀能力及降低氯离子的迁移速度。

本工作研究了碳化养护对水泥基材料早期抗碳酸水溶液腐蚀性能的影响。测试了经碳化养护后的试件在碳酸水溶液中不同浸泡龄期的抗压强度和腐蚀深度的变化，并采用X射线衍射分析(XRD)、热重分析(TG-DTG)、低场核磁共振仪(LF-NMR)和扫描电子显微镜(SEM)等测试手段，对碳酸溶液腐蚀后试件微观结构和腐蚀机理进行了分析。结果表明：碳化养护提高了砂浆试件在碳酸水溶液腐蚀前的初始抗压强度，碳化形成的方解石填充了孔隙，使得结构更加致密，从而阻碍碳酸水溶液向内的扩散速率；另外，致密且溶解速率更慢的方解石层包裹着水化硅酸钙(C-S-H)凝胶，减少了钙的溶出。碳化养护从这两方面减缓了碳酸水溶液的腐蚀速率，提高了水泥基材料的抗碳酸水溶液腐蚀性能，这使得砂浆试件浸泡90 d后的腐蚀深度降低了51%~68%，并减轻碳酸水溶液腐蚀后的强度损失。碳酸水溶液腐蚀前期，以C3S、C2S和CH的腐蚀为主，伴随CaCO3的脱钙；腐蚀中后期，以CaCO3的脱钙为主，伴随C-S-H凝胶的脱钙。

为了区分微米量级表面上方颗粒物灰尘与表面下方气泡粒子这两种表面缺陷,根据菲涅耳透射定律以及Mie散射理论,结合穆勒矩阵建立了两种表面缺陷的偏振透射模型,在此基础上通过仿真分析,得到元件折射率、缺陷种类、缺陷尺寸、入射波长、入射角度对两种表面缺陷粒子的偏振透射特性的影响。最终通过实验验证证明了模型具有较高的准确性,具备实际的仿真模拟分析和工程应用价值。

提出了一种快速测量双向反射分布函数(BRDF)的子孔径扫描傅里叶变换系统。子孔径扫描傅里叶变换方法,使用单个傅里叶变换透镜进行测量,具有扩展单次测量视场、工作距离长、成本低以及系统简单等优点,可以在大空间频率范围内实现BRDF的快速有效测量。与角度细分光谱辐射计测量方法相比,子孔径扫描傅里叶变换方法具有更高的灵敏度和精度,提高了检测速度。该方法通过与子孔径扫描方法结合,测量样品平面上散射的光场,并在傅里叶空间中进行数值拼接,扩大了测量BRDF的角度范围。最后,利用对比实验数据对该方法进行了验证。实验结果表明,该方法与角度细分光谱辐射计的相对误差小于1%,测量时间是角度细分光谱辐射计的1/10,角度分辨率可以达到0.005°。这些结果为子孔径扫描傅里叶变换系统在快速BRDF测量中的应用提供了理论依据和技术支持。

为了增加硬质内窥镜的有效视场,便于手持操作,节约成本,需要对现有硬质内窥镜的性能进行改进。首先,分析国内外硬质内窥镜的发展现状以及存在的主要问题,对比相关产品提出设计要求;接着,提出一种30°视向角硬质内窥镜的设计方法;然后,在分析目前市场上各类硬质内窥镜转向系统结构的基础上,提出使用全反射棱镜设计30°视向角内窥镜的方法;最后,结合相应标准对设计结果进行公差分析与像质评价。设计结果表明:所设计内窥镜的总长度为365 mm;口径小于6 mm;视场角为±40°;物方分辨率为12 lp/mm,接近衍射极限;能量分布均匀。考虑加工和装调误差,进行公差分析后结果显示像质满足用户需求。设计结果基本能够满足实际使用需求,达到设计要求,对硬质高质量医用内窥镜的国产化具有工程应用意义。

光学合成孔径(OSA)技术能够极大地提高光学系统的空间分辨率,但是由于孔径的离散与稀疏,导致其调制传递函数(MTF)中频部分相比单一口径系统显著下降。论述OSA成像的方式和原理,分析OSA中频MTF下降的原因和原理。以填充因子为线索,分别给出大填充因子中频MTF下降和小填充因子中频MTF缺失的处理方法。对于中频MTF下降,采用图像复原的方式恢复图像中的中频信息;对于中频MTF缺失,采用两个系统分别成像再融合图像的方法补偿中频。分别分析了两种方法的可行性,给出了两种情况的Zemax仿真验证,结果表明两种方法均可行。

卫星振动不仅会引起TDI(Time Delay and Integration)CCD相机像元采样的不规则性，还会引起像元弥散斑空间分布的不一致性，导致图像传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)产生空间变化，从而制约高分辨率图像振动复原质量。本文从卫星振动对TDICCD相机推扫成像采样过程的作用机理出发，结合理论推导与仿真研究，得到了平台振动引起的图像空间移变降质及表征方法。然后在振动复原模型的基础上，推导得出MTF空间移变降质对复原处理误差的影响，并基于实际卫星图像开展了复原实验。实验结果表明: 当振动所致图像MTF空间移变降质小于15%时，复原处理后的图像与理想图像的结构相似度优于0.95，而且处理误差所导致的图像失真不影响判读质量。

为了解决多光谱成像系统的轻小型设计难点，采用单探测器多谱段成像方案进行了同时刻四谱段成像系统的光学系统设计。分光原理为，在物镜组前方设置四片楔形滤光棱镜，并在棱镜表面镀上透过不同谱段的透过薄膜；物体辐射经过棱镜后不同谱段的辐射发生不同方向的偏折，即在焦平面的不同位置形成了分离的光谱像。设计过程中，采用渐晕的方法解决谱段间的重叠问题。设计得到的光学系统波段数为4，工作波长为8.20~8.60 μm、9.40~9.80 μm、10.60~11.20 μm及11.20~12.20 μm，焦距为55 mm，全孔径为80 mm，光学系统的弥散圆直径小于40 μm，并分析了系统的像差特性。分析结果表明，该系统具有良好的成像质量，满足多谱段成像要求。

基于透射式复合投影以及微透镜阵列扩束设计了适用于1~3 μm和3~5 μm波段的红外多目标复合模拟器的光学系统。该模拟器的干扰光路采用透射式复合投影并利用微透镜阵列完成扩束。此外, 采用前无焦系统和后聚焦镜组结合的方式, 通过在平行光路中引入平面耦合镜, 实现了目标和干扰光路共用一套投影系统。设计过程对目标光学系统、干扰光学系统和主投影光学系统分开优化, 之后对系统进行整体优化。该系统入瞳距为200 mm, 视场为±4°, 全视场调制传递函数(MTF)在20 lp/mm时大于0.6, 接近衍射极限。文中分析了加工装调完成后光学系统的实测MTF数据, 结果表明, MTF在20 lp/mm时大于0.3, 完全满足应用技术指标。该系统已成功应用于新型红外目标模拟器, 对未来红外仿真光学系统的设计有参考意义。