提出一种基于双自由曲面的均匀照明设计方法，根据几何光学理论和能量映射关系，设计了距高比为1的双自由曲面透镜。通过将扩展光源和透镜表面离散化，对扩展光源进行反向追迹构建新的双自由曲面。借助光学仿真软件模拟了光学性能，结果表明：在距离光源1000 mm处的目标面实现了半径为1000 mm的均匀圆形照度分布，照度均匀度达92.3%，该方法有效提升了基于扩展光源的目标面的照度均匀性，设计过程无需对自由曲面反馈优化，大大缩短设计时间，过程简易方便。

根据非成像光学理论,提出了一种基于准直系统的自由曲面设计方法。以几何光学为理论基础,设计了一种关于中心轴旋转对称的新型发光二极管(LED)准直系统。准直系统的集光角约为236°,出射光半发光角度小于1°。基于几何光学和能量守恒定律,在准直系统的出射平面上设计了自由曲面,并给出了“多对一”的能量拓扑关系和均匀矩形光斑的照明设计方法。借助Matlab软件,对自由曲面的面型数据进行求解,并在曲线曲面的非均匀有理B样条(NURBS)曲面的理论基础上,采用SolidWorks软件搭建模型,并通过光学设计软件LightTools进行模拟分析。仿真结果表明:新型准直系统能够实现大角度光线的准直,基于准直系统的自由曲面设计方法实现了均匀的矩形光斑。

针对现有光纤倏逝波传感器灵敏度不高、不易封装等问题，本文提出一种超长分段结构光纤倏逝波传感器。运用光束传播法(BPM)对分段和直形波导模型进行数值模拟，分析相同纤芯直径，不同结构和溶液浓度对传感器灵敏度的影响，通过化学腐蚀方法制备出不同结构参数的倏逝波传感器，并用不同浓度亚甲基蓝溶液对传感器的灵敏度特性进行实验验证。实验结果表明：在腐蚀深度不变的情况下，增加传感长度和采用分段结构可以有效的提高传感器的灵敏度和检出限，该传感器对亚甲基蓝的探测浓度可达到10^{-6 mol/L 量级，其灵敏度高，结构简单，易制备，成本低，在物质光谱检测方面有着潜在的应用。}

为了实现高灵敏度、低浓度的溶液分析与测量, 提出了一种基于多模光纤的分段式倏逝波传感器。采用有机玻璃板和高抛光PVC管构成光纤支架, 将60/125 μm阶跃多模光纤分段等长度剥除涂覆层后缠绕于光纤支架上, 其无涂覆层部分位于两两PVC管之间, 经过化学腐蚀去除包层后获得60 cm长吸收距离的光纤倏逝波传感器。用不同浓度亚甲基蓝溶液和宽光源对传感器特性进行研究, 实验结果表明, 这种分段式的光纤倏逝波传感器的灵敏度(1.298×10-5 L/mmol)远远优于直形不分段L=6 cm的传感器的灵敏度(1.020×10-2 L/mmol), 同时该传感器保持良好的机械强度, 可以更好地应用于低浓度溶液物质的定性定量分析。

提出一种基于倏逝波吸收原理的分段结构光纤倏逝波传感器。运用光束传播法(BPM)对分段和直形波导模型进行数值模拟，分段波导中高阶模在每次分段的第一个界面上被反复地激发。分析不同结构、纤芯直径和溶液浓度对传感器灵敏度的影响，通过化学腐蚀方法制备出不同结构参数的倏逝波传感器，并用不同浓度亚甲基蓝溶液对传感器的灵敏度特性进行实验验证。实验结果表明，在传感直径相同的条件下，传感长度为5 cm分段结构光纤倏逝波传感器的灵敏度为0.0135 L/mmol，优于传感长度为6 cm的传统的单一直形传感器的灵敏度0.0102 L/mmol。分段结构光纤倏逝波传感器能有效地激发光纤中低阶模到高阶模的转变，从而提高传感器的灵敏度。实验结果与模拟和理论结果相符。因此，分段结构光纤倏逝波传感器相对于传统的单一的直形传感器不仅具有较高的灵敏度，且机械强度较高，在物质光谱检测方面有着潜在的应用。

基于变间距光栅位移传感器的基本原理,研究了高线密度变化率全息平面变间距光栅的制作方法.所作的变间距光栅已应用在变间距光栅位移传感器中,原理样机测试结果表明,系统分辨率可以达到0.05 mm,相对误差可以控制在0.2% FS之内,优于设计指标.

简述了全息变间距光栅的几何理论,研究了不同记录参数情况下的刻线弯曲程度.给出了用于评价光栅刻线弯曲程度的表达式,并推导出了它的积分形式,使计算效率提高了2～3倍.结果表明:球面波与非球面波干涉得到的光栅线条并不一定比球面波干涉得到的线条要平直.

对压弯光栅的线密度进行了实验研究.首先制作了大变化率的变线距光栅(约9.2 line/mm),并选取薄玻璃(0.16 mm)作为光栅基底材料.其后采用长程面形仪测试压弯后光栅面形,使用衍射法测试压弯前后光栅线密度,从而得到线密度的变化曲线.实验与理论计算结果误差小于0.41 line/mm rms.