在低温红外光学系统中，光学元件及其支撑结构的加工和装配温度与其实际工作环境温度之间存在较大差异。根据低温红外光学系统对光机结构设计的要求，设计和加工了一套适用于低温光学透镜的柔性支撑结构。透镜的径向定位与支撑采用一组周向均布的悬臂柔性支撑结构来实现；轴向则采用压圈定位和波形垫圈来为透镜提供轴向预紧，以避免由于温差以及材料的物理性能差异与变化而造成透镜面型无法满足指标要求。试验结果表明，这种透镜支撑结构在133 K低温下具有良好的成像效果。

为了评估由太阳、云层和地表等物体辐射或反射 的非成像光线对空间光学系统性能的影响, 通过在地面模拟空间环境, 建 立了一套1 m口径的杂光测试装置。借鉴国外先进杂光测试装置的研制经 验, 该装置采用双柱罐结构, 可以有效地抑制测试环境中的反射、散射和 衍射等光污染, 使点源透过率(Point Source Transmission, PST)的测试 精度lg(测量值/真实值)小于±0.5。介绍了该装置的工作原理、组 成和功能, 并用该装置对某空间相机在东西方向和南北方向可见光谱段 的PST曲线进行了测试。测得该相机的杂光抑制水平可到 10－6量 级, 测试曲线和理论仿真曲线符合良好, 表明该杂光测试装置具有较高 的精度和可靠性, 能满足空间光学系统对杂光性能测试的需求。

随着户外物性分析实验的日渐增多，开发轻小型、便携式，且响应波段范围宽的光谱仪器的需求越来越迫切。根据凹面全息光栅均方根优化理论，设计了一款轻小型宽波段单色仪。该单色仪主要由三块IV型凹面全息光栅和上下两层可旋转的平台组成，三块光栅对称地固定于上层平台上，由一台步进电机带动上层平台旋转实现光栅之间的切换，另一台步进电机带动下层平台旋转实现单块光栅的扫描。三块光栅的响应波长范围分别为400~1000，1000~1700和1700~2500 nm，其理论分辨极限分别优于2.5，2.8和4.0 nm。并对三块光栅的制作误差和双层平台结构误差进行了分析，结果表明，在能够保证的误差范围内，该单色仪的光谱质量可以较好地满足户外光谱分析的要求。

凹面全息光栅是光谱分析仪器的核心器件之一， 其成像质量直接决定了光谱分析仪器的分辨本领。 利用光程函数理论设计凹面全息光栅是一个繁琐的求解非线性方程组的过程， 该过程分两步进行， 每步需要求解四个非线性方程。 分两步求解不但过程麻烦， 还不可避免地引入了取舍误差， 降低了最优参数的精度。 为了解决该问题， 本文提出了一种设计单色仪凹面全息光栅的新方法——一步法， 该方法不但可以简化求解过程、 降低最优参数的误差， 还可以方便地控制整体像差的变化趋势。 采用有较强全局搜索能力的遗传算法求解该方法中非线性方程的极值问题， 并与传统的方法对比验证了该方法的可行性和正确性， 结果表明， 一步法不但在方法上比两步法简便， 其设计结果还优于两步法。

在Ⅳ型凹面全息光栅制作和使用过程中，各参数误差会影响其光谱性能。光栅均方根法优化函数表达式复杂且不能给出光谱的带宽。由费马原理推导出一种数值处理较为简单且能直接描述光谱带宽的光栅优化函数平方和法优化函数，验证了该函数的正确性。采用该函数对Ⅳ型凹面全息光栅使用参数和记录参数在参考平面内外的误差对光谱性能的影响及补偿做了定量分析，结果表明，Ⅳ型凹面全息光栅一个使用参数或记录参数在参考平面内的误差可通过分别调节其他使用参数或记录参数进行补偿，且当记录参数的误差不改变光栅常数时，可以通过调节使用参数对其进行补偿；而光栅记录参数在参考平面外的误差只能通过调节记录参数与参考平面的距离进行补偿。