三维发射层析技术跨越了传统二维层析技术中的“切片”过程，将被测区域作为一个整体进行重建，投影方向及位置不局限在同一水平面内，可以解决实际燃烧场测试中探测器位置受限以及装配误差等问题，对燃烧场的三维成像及测试具有重要意义。针对已有三维发射层析技术中权重矩阵的计算存在数据量大、精度和效率低等问题，在三维空间相机成像投影数学模型的基础上，提出了一种基于线性插值原理的三维权重矩阵计算方法，并结合代数迭代算法实现层析重建。通过数值模拟验证了算法精度，建立了多相机发射层析系统并对燃烧火焰进行三维层析重建。研究结果对提高层析重建精度和效率具有重要的参考价值。

为了大功率激光设备工作时, 减小高斯光束束腰半径外低能量所产生的边缘效应, 避免出现毛边、搭接痕迹明显等问题, 需要对它进行光束整形设计。针对大功率激光光源特性(输出平均光功率为500 W, 脉冲宽度为130~160 ns, 重复频率为20~50 kHz, 波长为1 064 nm, 功率调节范围为10%~100%), 为了减小系统的复杂性, 提高激光能量的利用率, 采用伽利略式非球面透镜整形系统进行参数优化; 选取平顶洛伦兹模型为物理模型, 根据能量守恒定律求得入射光与出射光之间的映射关系; 采用光学软件对系统的结构参数和非球面系数进行优化。计算平顶光束在出射距离20,30 mm时的输出能量均匀度。结果表明: 系统的工作焦深在20～30 mm时, 平顶区激光能量均匀度均大于78.0%。以锈蚀的低碳钢板为作用目标进行了激光清洗实验, 光斑作用区域内, 激光与物质相互作用均匀, 证明本设计能满足大功率激光使用环境的要求。

激光高反射膜片的背散光大小直接影响激光陀螺的精度, 低损耗薄膜背散仪是在全积分散射测试理论及立体角积分散射测量原理的基础上提出的一种测量高反射膜片背散光的新方法。在低损耗薄膜背散仪的设计中, 吸光器的吸光装置结构及吸光材料的选择直接影响着测量精度。计算表明, 在用波长λ=632.8nm、激光功率P=10mW的氦氖激光照射至与光源相距1.4m的吸光器后, 积分球式吸光器比平面结构吸光器的吸光效果高约4个数量级, 回到积分球的杂光照度少了约5个数量级。通过实验测量, 经表面烟熏处理的钢块相对反射率仅为0.008, 是吸光器理想的内壁涂层材料。使用该涂层材料的积分球式吸光器, 它对背散射光造成的干扰仅为4.981×10-9W/m2,可有效地提高背散射仪的测量精度。

针对高聚物材料中小分子的迁移现象, 结合数字图像处理技术, 提出了一种基于钠光和斐索等厚原理的光学干涉法。介绍了系统测试原理, 针对光学系统的设计作了详细的分析与计算; 通过实验测试, 设计的光学系统能够采集到清晰的干涉条纹, 且满足测试精度要求, 由条纹间距随时间的变化测出了丙酮和乙醇小分子迁移时高聚物折射率的变化规律为: 丙酮小分子在迁移10min后, 条纹间距降低到最初的40%, 折射率为最初的2.5倍, 之后基本保持不变; 而乙醇小分子则经过50min后, 条纹间距降低为最初的56%, 折射率为最初的1.7倍, 且基本保持不变。在此时刻之后发生的迁移对材料的性能基本不会产生影响。