天文学上把亮度随时间变化的恒星称为变星。 它对于研究星系的距离, 恒星的演化以及恒星在不同阶段的性质具有非常重要的意义。 目前对变星的识别主要依靠长时间观测其亮度变化, 并结合对恒星的光谱进行分析才能最终完成认证。 这项工作需要天文学家投入大量时间, 难以开展大规模分类。 针对上述问题本文提出了一种将测光图像与一维光谱进行数据融合用于对变星进行分类的方法——光谱-测光融合网络(ASPF-Net)。 该网络由C1网络和C2网络两部分组成, 其中C1是用于提取光谱特征的一维卷积神经网络, C2是用于提取测光数据特征的二维卷积神经网络; 最后将两者提取到的特征进行融合, 用一个全连接前馈神经网络完成分类。 该研究在对食变星、 脉冲变星和标准星分类问题上进行了实验。 实验数据均来自于斯隆数字巡天项目(SDSS), 该项目包含了测光图像和光谱两种数据。 对于光谱数据本文选取波长在380.0 ～680.0 nm范围内的流量值。 测光图像由: u、 g、 r、 i和z共5个波段数据组成, 对应的中心波长分别为: 355.1、 468.6、 616.6、 748.0和893.2 nm。 相比于传统的利用其中三个波段合成RGB图像, 原始SDSS数据拥有更高的灰度等级。 为了方便网络训练, 对测光数据和光谱数据均做了标准化处理。 分类性能分析方面, 使用了精确率, 召回率, F1值和平均准确率四个指标进行评估。 提出的光谱-测光融合网络(ASPF-Net)在针对食双星、 脉冲变星和标准星的分类任务, 精确率分别为: 91.1%、 92.8%和98.2%。 实验证明, 数据融合之后的分类性能优于单独使用光谱数据或测光数据的分类性能。 说明将光谱数据和测光数据结合起来对变星进行分类是一种有效的方法, 这为今后的变星的分类提供了一种新的思路和方法。

为了实现聚焦光学系统中元件公差的自动分配, 在实验室自主研发的OTS实际光线追迹软件平台构建公差分析模块, 并据此完成元件公差的优化.依据光学矩阵理论, 以公差的线性模型为基础, 从评价函数、元件公差分配和反馈系数三个方面研究公差优化问题, 结合蒙特卡罗方法和数值分析, 有效的为各光学元件制定了合理的加工公差.采用结合元件敏感度的公差分配方式, 根据现存的问题提出自适应优化法, 并给出了相应实现方法.搭建了多元件双通光学系统验证实际情况中公差模型的正确性.实例计算表明, 该方式使优化平均迭代次数下降了两轮, 相比Zemax分析过程, 在结果差异不大的情况下总运行时间下降了40%, 表明了算法的合理性.整个分析流程对实际的光学系统加工装配具有一定参考价值.

为了在强激光非线性传输仿真中综合考虑系统像差等因素，提出了一种基于光线追迹的非线性介质光追方法，并编程实现了线性介质与非线性介质的混合建模。以三片式聚焦系统为例，在系统中加入KDP晶体作为非线性介质，仿真分析了不同激光功率密度下KDP晶体的非线性效应对光束质量的影响。仿真结果表明，当激光功率密度达到1.62×1010 W/cm2时，非线性效应会导致光束质量明显下降。在该仿真结果的基础上提出了在不改变焦面位置的情况下，将元件间隔作为补偿器进行系统优化的方法。优化结果表明，焦斑尺寸较优化前减小2.8 μm，规范尺寸下的环围能量提高了16.2%，焦面处的光束质量得到显著改善。

在光学系统偏振传输理论的基础上，对一高数值孔径（NA）的透射式光刻系统进行了偏振分析，分析中考虑了系统的实际特性现有工艺水平可制备的增透膜、薄膜和基底材料的吸收作用以及偏振照明，以增加分析结果的可靠性。通过计算系统各光学界面的透射率、反射率、吸收率及二次衰减值等偏振参数，得到镀膜、吸收作用以及不同偏振照明对系统传输性能和成像性能的影响。结果表明镀膜能有效提高该光刻系统的性能及稳定性，并可以将不同偏振照明对该系统性能的影响减小至可忽略的水平；同时，显著的基底吸收作用是该系统能量损失的主因，但吸收引入的偏振作用相对总体而言较小。

利用Zernike多项式对用Zygo干涉仪测得的离散材料折射率数据进行了拟合, 再使用光线光学的方法评价了系统的成像质量. 由于材料折射率分布的无规则性, 在对包含非均匀介质的实际光学系统的模拟仿真和优化时, 需要考虑选取材料不同部位加工成的透镜会对系统成像质量有不同的影响, 而且加工好的透镜在装配过程中, 绕着光轴旋转不同的角度同样会影响成像质量. 通过计算机模拟的方法预先选取材料的最佳部位以及找到最好的装配位置, 从而提高了光学系统的性能.

元件的像差和加工装配误差会影响通过其中的超短脉冲的时空特性。在不考虑介质的非线性作用时，基于傅里叶频谱理论并结合光线追迹和衍射理论，发展了一种有效的数值方法仿真超短脉冲通过光学系统的时空传输特性。以一个引入实际误差的2片式聚焦透镜组为例，分析了入射中心波长为800 nm，脉冲宽度为30 fs的高斯型超短脉冲通过该系统的传输过程，并通过实验测量了该系统在焦点处的脉冲时间宽度和焦斑大小，并与仿真结果进行了比对。结果表明，该方法不仅可以很好地仿真分析实际光学系统中超短脉冲的时空传输效应，也使得超短脉冲系统的优化设计成为可能，同时也为提出加工要求和合理的公差分配提供了指导意义。

卡塞格林光学遥感系统相当于一个望远系统和环形光阑的组合，无穷远物的夫琅禾费衍射谱是圆孔衍射和圆屏衍射共同作用的结果。由于系统次镜中心遮拦的影响，损失了一部分衍射谱，造成了系统调制传递函数（MTF）在中频段的下降，影响了成像质量。设计了一个2 m焦距的改进型卡塞格林光学系统。为了弥补系统成像质量的损失，运用调制传递函数补偿（MTFC）技术，通过倾斜刃边法提取卡塞格林系统所拍摄图像的点扩展函数（PSF），对退化图像进行复原，并利用多种客观图像质量评价函数对复原效果进行了评价。实验结果表明，该方法对于卡塞格林系统成像质量的提高具有良好效果。

调制传递函数（MTF）被广泛用于定性和定量地描述一个光学成像系统成像本领。事实上有多种不同的方法可以获取成像系统的MTF。提出了一种新型线扩展函数（LSF）拟合模型用于计算MTF。函数模型中的各个参数可以使用非线性最小二乘法来确定。与以前提出的函数模型相比，不论在何种噪声条件下，该函数模型的MTF计算结果总与参考值最为接近。使用该函数模型计算退化图像的MTF，并将其应用于降质图像的复原，实验结果证明了计算值的可靠性和用于图像复原时的有效性。