在现有单次测量极高速成像方法中，直接成像方法的分辨率高但探测系统复杂，而计算成像方法探测系统简单但易损失空间分辨率。因此，提出一种基于偏振编码的极高速成像技术。所提成像系统利用半波片阵列和偏振片阵列对入射飞秒脉冲、出射飞秒脉冲和动态事件进行偏振编码，并通过线性方程组解码极高速动态的时序图像。通过构建光学模型并仿真，精确还原了多幅图像，验证了所提方案的可行性，理论摄影频率在10¹³ frame/s以上，本征空间分辨率可达114 lp/mm。所提成像系统结合了直接成像和计算成像系统的优势：线性方程组精确求解，不会导致光学系统分辨率损失；时序图像叠加使探测结构只需分光不需要对不同时刻的图像进行空间上的分离，简化了探测器的结构。该极高速成像系统的时间分辨率仅受脉冲宽度限制，可以实现飞秒级动态事件的探测，并且随着脉冲宽度的缩短，其时间分辨率可以得到进一步提升。

为达到高分辨率以及像面照度要求，大口径非球面反射镜在空间红外系统中被广泛使用。设计了针对口径 550 mm、F/1.2非球面的补偿器，基于三级像差理论分析计算了补偿器的初始结构参数。利用 ZEMAX软件对补偿器进行了优化设计，最终所得补偿器的设计结果满足非球面检验要求。对补偿器结构参数进行了灵敏度及公差分析，结果表明该补偿器可用于实际加工检验。

针对现有的360°三维测量系统结构复杂、标定要求高、测量时间长等问题, 提出了一种结构简单、测量速度快的单传感器360°三维测量系统和一种操作方便、精度较高的标定方法。该系统由条纹投影系统、摄像机、两个前表面反射镜组成。测量时, 物体点云数据由三部分组成, 前表面通过摄像机获取, 对应于所拍图片的中间区域, 左右两面分别由左右两块前表面反射的平面镜获取, 分别对应图片的左右两区域。先对不含反射镜的系统进行标定, 然后加入两套反射镜, 利用透过式投影屏完成对左右两套系统的二次标定, 获得全局坐标系下的物体三维数据。实验表明, 该系统搭建成本较低, 标定精度较高, 重建速度快, 适合现场标定。

提出了一种基于波长编码的超短太赫兹(THz)脉冲单次探测方法。该方法将新型正交平衡电光取样技术和波长编码技术结合起来, 同时拥有这两种方法的优点：能对超快太赫兹脉冲实现高调制度和高信噪比的单次实时测量。为了实现单次测量, 采用线性啁啾激光脉冲作为探测光, 将太赫兹电场对探测脉冲的时域调制映射到频域, 并用光谱仪对频域信息进行单次采集。在电光取样技术方面, 采用正交平衡探测取代传统波长编码单次测量, 通过设置两臂静态偏置相位, 使它们大小相等、符号相反, 实现对称推挽式调制, 从而有效提高近0°偏置点附近的探测线性度和调制深度, 并有效抑制动态噪声。

LED功率的不断增大使其逐渐替代传统光源,并广泛用于各种照明光源。在某些室内照明以及道路照明设计中,通常需要借助LED透镜产生矩形光斑从而充分利用光能避免浪费。利用Light Tools软件设计了一种全内反射(total internal reflection,TIR)透镜与特定微型透镜阵列的组合透镜,设置TIR准直透镜透射曲面和全反射曲面为二次曲面,并对其进行准直优化。然后建立单个微型透镜,设置单个矩形微透镜长宽比分别为1∶1、3∶2和4∶3,并将其阵列化。通过改变微型透镜的尺寸以及球面曲率半径进行进一步优化,最后生成与微型透镜长宽比对应的均匀矩形光斑,从而满足不同矩形照明区域的照明需求。

为了提高 DLP投影照明系统中准直部分的准直度并简化准直光路, 采用一种自由曲面的 TIR透镜作为 DLP投影照明系统的准直器件。首先根据空间斯涅耳定律推导出反射曲面以及透射曲面母线上的点的坐标关系, 并采用迭代的方法使用 Matlab软件计算出母线上各个点的坐标并绘制出曲线图形, 然后利用 Pro/Engineer对 TIR准直透镜进行建模得到 TIR准直透镜的模型。分别用理想点光源和扩展光源进行模拟, 经过 TIR透镜准直后光束发散角在±7°以内, 并根据选用的 DMD芯片和 LED光源选择合适的 TIR透镜参数, 建立 DLP投影照明系统后进行模拟仿真, 最终均匀度达到了 90%, 满足了投影照明系统的需求。