考虑复合抛物面聚光器(CPC)的经济性和光学性能,对CPC结构进行了优化设计。根据参数方程,分析了相同面积内的截取比对CPC总弧长和接收管数量的影响。研究结果表明,CPC截取比取0.15~0.25时,可有效降低对CPC弧面材料的使用。基于Tracepro软件,实现了对CPC的二维光线追踪,提出了一种CPC直射光学效率的模拟计算方法。选择1月1日、4月1日、7月1日、10月1日四个季节日期为模拟日期,模拟结果显示,截取比为0.16的CPC相较于截取比为0.56的CPC,平均直射光学效率分别提高了13.77%,15.24%,9.30%,11.54%。太阳高度角的增加和方位角的减小有利于降低CPC的末端光线损失。增加CPC的长度有利于减小末端光线损失对CPC光学效率的影响。实验测试验证了模拟的正确性,所提方法可应用于以提高光学性能为目标的CPC结构优化设计。

为了提高菱体型消色差延迟器件的消色差精度，当光以两个波长设计点入射时，根据光的折射定律，并采用全内反射角θ和折射角r之和为固定值的方法，进行了双波长设计的理论分析。由于延迟误差为正负偏差，整个光谱区域内在两个波长设计点延迟量为90°，同时设计时对两个波长设计点的选择进行了优化，使λ/4相位延迟器的消色差精度大大提高。用LaK2玻璃对λ/4相位延迟器在360nm~1160nm的光谱区域内进行设计，取得了最大延迟误差小于0.02°的数据。结果表明，与其它两种设计方法相比，该方法不仅设计理论简化，而且具有更高的消色差精度。这一结果对设计高精度消色差延迟器是有帮助的。

为了改善菱体型延迟器件的消色差性能，扩大材料的选择显得非常必要。根据光在介质表面全反射时发生相变这一原理，分析了菱体型消色差延迟器件，得出折射率设计点n与对应的结构角θ两者关系的规律，随着折射率设计点n的增大，虽然dn/dλ增大，但是dδ/dn却迅速减小，因此高折射率的材料可能有更好的消色差性能。结果表明，低折射率的材料熔石英相位延迟在350nm~1240nm的光谱区域内的最大延迟误差小于1.32°，而高折射率的材料LaK2玻璃相位延迟在此区域内的最大延迟误差却小于0.95°。高折射率的材料比低折射率的材料有更好的消色差性能。

为了提高菱体型消色差λ/4相位延迟器的精度, 采用使λ/4相位延迟器的延迟误差为正负偏差和在设计时选择较大的折射率的方法, 对延迟器件进行了理论分析和实验验证, 取得了设计高精度λ/4相位延迟器的数据。结果表明, 设计的延迟器件在350nm~2000nm的光谱范围内延迟量两次为90°, 且最大延迟误差小于0-04° 。与常规设计的延迟器件相比, 新设计的延迟器件不仅可以扩大消色差范围, 而且还可以大大提高消色差精度。这一结果对设计高精度λ/4相位延迟器是有帮助的。

考虑雪崩击穿效应，以光伏电池元双二极管模型为基础，建立了适用于分析光伏电池部分被遮光问题的数学仿真模型，并利用户外实验验证了模型的正确性。运用此模型分析了单片空间太阳电池在反向偏压下的输出特性和串联组件在不同阴影遮挡情况下的I-V,P-V特性及输出能力。结果表明，空间太阳电池串联组件从无阴影遮挡到40%阴影遮挡，最大输出功率下降40%。串联组件输出功率随单片空间太阳电池遮挡比例的增大迅速下降；从遮挡1/5片,2/5片到整片被阴影遮挡，相应最大输出功率分别下降7.36%,25.81%与97.94%。

为了清楚地了解菱体型消色差λ／4相位延迟器对入射角i变化的灵敏性随折射率n变化的规律，利用全反射相变公式详细推导出器件对入射角i变化的灵敏性与折射率n的关系式，并做出了理论曲线。可见，随着折射率n的增加，器件对入射角i的变化更加灵敏。结果表明，设计器件时应尽量避免选择高折射率材料。在分析相位延迟量的测量误差时，这个应用也是很有价值的。

为了研究折射式起偏器的密勒矩阵表达式，以矩阵光学中关于斯托克斯矢量和密勒矩阵的有关理论为基础，通过理论运算导出了折射式起偏器的密勒矩阵的一般表达式；探讨了自然光以任意角度入射折射式起偏器的情况下透射光的斯托克斯矢量表示及偏振度所满足的公式；绘制了以布儒斯特角入射时透射光偏振度与介质折射率及介质层数的关系曲线。结果表明，在以布氏角入射折射式起偏器的前提下，增大介质的折射率和介质层数更容易获得较高的偏振度。这一研究结果对多层介质膜器件同样适用，具有一定的现实参考意义。

通过对菱体型延迟器件进行优化设计，能够改善其消色差性。根据光在介质表面全反射时发生相变这一原理，分析了一个具有3个全内反射面的菱体型延迟器件，得出了相位延迟δ与全内反射角θ和相位延迟δ与介质折射率n的关系。通过对δ与θ和δ与n的关系分析，显示了扩大材料选择范围的可行性。结果表明，较大的全内反射角的选择有利于改善延迟器件的消色差性。