凸面光栅是Offner结构成像光谱仪的核心分光元件，制备出高衍射效率、高分辨率的凸面光栅是提高光谱仪成像质量，实现遥感探测的关键。介绍了目前凸面光栅的研究现状，讨论了设计与制作凸面闪耀光栅的主要方法。凸面光栅的设计方法采用严格耦合波理论对光栅进行衍射效率分析，制作方法主要包括：电子束直写法、X射线光刻法、机械刻划法以及全息离子束刻蚀法。鉴于全息离子束刻蚀法具有成本低、槽型可控、无鬼线等优点，详细介绍了利用该方法制备凸面光栅的工艺及相关研究报道。在接下来的工作中将不断优化和提高全息曝光光强分布的均匀性，改进摆动刻蚀装置旋转轴的可调性，优化离子束刻蚀工艺参数，以期制作出实用化的凸面闪耀光栅。

以喷洒不同浓度杜邦万灵的香梨作为研究对象, 探讨了应用高光谱成像技术检测香梨表面农药残留的方法。运用376~1051nm高光谱成像系统采集200个香梨的高光谱图像, 其中120个香梨为建模集, 80个香梨为预测集。运用多元散射校正(MSC)对光谱数据进行预处理, 然后采用连续投影算法(SPA)提取了11个特征波长。基于处理后的光谱数据, 分别运用多元线性回归法(MLR)和主成分回归法(PCR)两种算法分别建立农药残留检测的模型, 比较两种模型的结果。通过比较, 采用MLR建立的农药残留检测模型效果较优, 其校正集相关系数(Rc)为0.973, 校正均方根误差(RMSEC)为0.260, 预测的正确率可以达到91.7%, 对较低浓度残留的预测正确率达到80%。研究表明, 应用高光谱成像技术可以成功地检测香梨表面农药残留, 并且对低浓度检测也有很好的效果。

为无损检测辣椒粉中苏丹红一号浓度 (C), 本文运用高光谱成像检测技术得到 120个含有不同 C的辣椒粉高光谱图像, 其中 60个作为校正集剩余为预测集, 采用连续投影算法(SPA)从校正集的海量光谱数据中优选出 45个特征波长, 再通过偏最小二乘回归法 (PLSR)、多元线性回归法 (MLR)和主成分回归法 (PCR)建立预测模型。结果表明, MLR模型较优, 其校正集相关系数为 0.998, 校正均方根误差为 0.737 3 μg/ml, 预测集相关系数为 0.987, 预测均方根误差为 1.921 3 μg/ml, 该方法可以实现辣椒粉中 C的无损检测。

本文从凹面光栅的理论分辨力和像差、狭缝的宽度和高度、光栅基片的尺寸大小等角度出发，推导了系统分辨力的计算公式，得出系统优化设计的新方法。得出以下结论：系统不能通过无限增加光栅刻线数来提高分辨力；狭缝宽度的选择要综合考虑入射光的能量和分辨力的大小；狭缝宽度对系统分辨力的影响远远大于狭缝高度和凹面光栅的理论分辨力的影响；提出了基片尺寸大小的计算公式和优化设计的方法。本文的理论计算值与实验结果相一致。

对光栅刻划机的进给导轨直线度误差做了系统的研究，推导了直线度误差对光栅衍射波面和杂散光的影响的计算公式，并且定义了干涉仪测量轴线到刻线始端这段距离为定位臂。得出以下结论：定位臂会放大进给导轨的直线度误差；光栅的衍射波前和杂散光强度主要受定位臂和导轨直线度大小的影响，若定位臂为50 mm，则水平方向直线度误差必须小于0.15″ ，若定位臂为10 mm，则水平方向直线度误差必须小于0.74″ ；与竖直方向的直线度相比，刻划机对进给导轨水平方向的直线度要求更高。理论推算与实验结果相符。

为了获得消像差Offner成像光谱仪, 以三镜系统为基础综述了Offner成像光谱仪的各种消像差方法, 介绍了由两块不同曲率半径凹面镜与凸面光栅构成的Offner成像光谱仪和狭缝与刻槽成不同方向的Offner成像光谱仪的消像差方法, 并得到面内结构及正交结构两种成像光谱仪结构, 其中正交结构在消像差方面更具优势, 为获得高质量Offner成像光谱仪提供了理论基础。

针对LED器件光强分布的测试方法,在传统光源配光曲线的测试原理的基础上,阐述了旋转法、多探测器法测试LED光强分布的方法。由于这些方法存在测试时间长、测量准确度低以及定标繁琐的缺陷,进而介绍了一种新型测试方法及装置,即通过CCD光度探测器接收光强度,经过CCD的光电转换功能将光强度信号转换为电信号,再通过成像系统软件便可得到整个半球面空间内壁的光强图。新的测试方法具有测试速度快、精度高、信息量丰富和直观性的显著优点。

传统印刷业中用于固化的光源多采用高压水银灯和金属卤素灯等，传统光源的紫外固化技术已经趋于成熟，不过由于光源本身和光学系统的局限,它们会聚出来的线形光线辐照度较低，且光场均匀度不够高，因此固化效率不够高。提出一种自由曲面透镜的设计方法，将发光二极管灯源和自由曲面透镜结合，可以有效实现光线聚焦的效果，提高光效和均匀性。使用三维机械设计软件SolidWorks设计透镜的初始结构，将透镜模型导入光学优化软件LightTools中对透镜进行光线追迹模拟。通过建立目标函数，执行优化方案，对出射光的均匀度、辐照度不断进行优化，实现出射光为高亮度、高均匀度的线形光。