通过水热法合成了钛羟基磷灰石(TiHAP)与g-C₃N₄复合光催化剂(TiHAP@g-C₃N₄), 并对其结构和光学特性进行表征, 通过甲基橙(MO)降解实验评价其光催化活性。结果表明：样品中短棒状TiHAP生长在g-C₃N₄表面, 均保持原有晶型和化学结构; 制备的TiHAP@g-C₃N₄纯度高, 比表面积达107.92 m²/g, 较TiHAP、g-C₃N₄分别增大约135%、44%; 在TiHAP@g-C₃N₄添加量为1.0 g/L、pH 7条件下, 120 min内MO降解率达96.35%; 3次循环实验降解率保持在80.02%以上, TiHAP@g-C₃N₄光催化性能良好且结构稳定。空穴(h⁺)在MO降解过程中作用最大, ·O₂^-与·OH的作用递减。TiHAP@g-C₃N₄异质结的构建, 增强了对光的吸收, 提高了光生电子-h⁺的分离效率, 保留了氧化还原性更强的TiHAP价带h⁺和g-C₃N₄导带电子, 从而提升了光催化性能。

满足像差平衡和多约束控制的初始结构构建，是实现极小像差离轴多反光学系统的设计关键。本文基于空间光线追迹与像差矫正相结合的分组设计方法建立离轴多反的初始结构计算数学模型，提出了一种改进的粒子群算法用以解决离轴多反光学系统的初始结构问题，采用带收缩因子的自然选择的粒子群算法提高了计算精度，提升了设计效率，获取了离轴多反光学系统的初始结构。最后，本文以离轴六反的极紫外光刻投影物镜为例，验证此方法的可靠性和有效性，实现了0.33NA极紫外光刻物镜综合波像差优于 $1/80\lambda $ RMS光学系统设计。

星敏感器是航天飞行器实现姿态自主导航的关键测量设备，传统星敏感器由于体积与质量较大，难以满足微纳卫星的应用需求，光学系统是星敏感器小型化的核心及瓶颈技术。分析了实现全天恒星识别的星敏感器光学系统参数需求，完成一种基于全球面透镜的微小型宽谱段透射式光学系统设计，实现了光学系统焦距40 mm，视场角26.4°，相对孔径F/2.8，光谱范围为450 nm～1 000 nm，光学系统体积与质量大幅降低，可应用于微纳卫星星敏感器。

基于计算全息图（Computer-Generated Hologram，CGH）的非球面检测技术通过控制衍射光相位来生成所需要的参考波前，从而实现非球面的零位检测，近年来，该技术已经发展成为非球面的主流检测技术。对于CGH编码，采用传统编码方法实现高精度编码，其数据量往往高达几十甚至上百GB。因此，为同时确保编码精度高及编码数据量小，本文提出了一种变步长CGH编码方法。该方法首先通过寻找等相位面的方法得到CGH条纹分布，然后通过计算相位分布梯度选取不同的取样步长，使CGH能利用尽可能少的点实现高精度编码。利用变步长搜索的编码方法进行编码并制作了CGH对非球面样品进行检测，检测结果为3.142 nm （RMS）。为验证检测结果可信度，本文设计并制作了补偿器对同一非球面进行检测，其检测结果为3.645 nm （RMS）。对两检测结果点对点做差，RMS值为1.291 nm，结果表明该编码方法可满足非球面高精度检测需求。

光学系统是自主导航星敏感器实现恒星光信号收集以及高精度姿态测量的核心组件。以高精度星敏感器光学系统为研究对象，分析了影响光学系统探测不同色温恒星精度的机理，恒星色温及环境温度变化引起的质心漂移量误差通过后期标定抑制的难度大，需要在光学设计阶段进行控制；建立了光学系统设计波长权重计算模型及分配方法；在性能评价方面，除了常规的能量集中度、畸变以及非对称像差之外，提出采用恒星色温质心漂移量以及温度变化质心漂移量作为精度评价的主要指标。根据应用需求设计了一款基于航天卫星平台的长焦距星敏感器光学系统，焦距为95 mm，相对孔径为F/2.4，视场角为8°×8°，探测光谱范围为450～1 000 nm，3×3像元内能量集中度大于85%。基于常规玻璃材料校正了超宽谱段长焦距光学系统的倍率色差，全视场倍率色差不超过0.9 μm。精度分析结果表明：2 600～9 800 K范围内不同色温恒星的质心漂移量小于0.36 μm；在工作温度0～40 °C范围内，焦距变化量小于2.7 μm，温度变化引起的质心漂移量小于0.45 μm。

建立了非共轴阵列照明下的眼底成像数学模型，采用照明光路与成像光路独立设计方法，提出了一种微小型眼底相机光学系统，以避免传统眼底相机中人眼角膜与网膜物镜反射杂光对视网膜图像的干扰.设计了6阵列环形光源照明光路系统，长度仅17.9 mm，实现眼底视网膜有效照明线视场不小于12 mm；成像光路系统采用二次成像设计，光学调制传递函数优于0.2@91 lp/mm，畸变小于5%，长度仅为75 mm.仿真与设计结果表明，该眼底相机光学系统有效抑制了光路中的杂散光，有利于获得高对比度视网膜图像.研究结果可为高像质、小型化以及低杂光眼底相机发展提供设计参考.