设计了一款紧凑型刚性支撑式快速控制反射镜(FSM),以适应机载运动平台的高振动、大冲击和高低温等恶劣工作环境。考虑机载FSM的工作需求, 分别对FSM的支撑轴系、驱动元件和测角元件等进行设计与选择。针对刚性支撑轴系设计了轴系间隙调整机构, 提高了FSM系统的轴系精度, 进一步增大了FSM的承载能力; 针对机载FSM研制了专用小尺寸微位移测量传感器, 通过将4个传感器非轴线对称布置, 并利用二次差分的方式实现反射镜位置的实时监测, 进一步减小了FSM系统的体积, 提高了它的测量精度。最后, 对机载FSM的控制带宽和指向精度进行了实验检测。结果显示: 所设计的FSM系统控制带宽约为110 Hz, 方位指向误差不超过3.4″, 俯仰指向误差不超过3.8″, 表明所设计的FSM控制系统稳定、响应速度快、指向精度高, 满足机载运动平台的应用要求。

为了准确评估车载桅杆型光电探测系统在设计阶段的效能, 提出了将与探测系统直接相关的光电分系统、桅杆分系统、载车分系统进行参数综合化来分析系统作战效能的方法。引入模糊综合评估方法, 以专家打分为主要评估手段对车载高架式光电探测系统进行基于总体的作战效能评估研究。将该评估方法应用于某车载高架式光电探测系统, 对其搜索跟踪与引导能力、系统可用能力、系统生存能力进行了量化评估。上述三项指标的效能评估值分别为79、85和87, 而系统总体效能值为82, 这与系统的实际效能基本一致, 证明了本方法具有一定的科学性, 可推广至其他光电类系统的作战效能分析。

设计了一种适于车载等运动环境下的快速控制反射镜, 用于在具有振动和冲击的工作环境下控制激光发射系统的激光光束稳定及其精确校准。根据某光学系统的性能指标要求, 阐述了用于高能激光的平面反射镜的物理性能以及控制反射镜负载应有的机械特性。采用大行程的音圈电机作为控制反射镜的驱动器, 并设计了精度高、抗干扰能力强的角位移测量装置作为控制反射镜的位置传感器。对所采用的4个音圈电机和4个角位移测量装置进行了合理布局, 既降低了系统的转动惯量又提高了系统的可靠性和环境适应性。实验结果表明: 该快速控制反射镜的定位精度优于1.4″, 满足高能激光发射系统对控制反射镜的精度要求。

以车载光电桅杆系统为主体, 对光电桅杆的分类与特征进行了探讨, 总结了光电桅杆技术应用上的现状及其关键技术, 对光电桅杆技术的发展趋势进行了分析, 为光电桅杆的研制与应用提供参考。

为了使快速控制反射镜(FSM)能在车载、舰载等运动环境下稳定工作, 并具有很高的控制精度, 研制了一套高精度角位移测量装置, 该装置通过精确地提供反射镜摆角信息作为系统的反馈信号来实现伺服闭环控制。针对传统快速控制反射镜位置信息反馈传感器的精度低以及不适于动载环境等缺点, 采用田字裂相信号提取方法设计了基于莫尔条纹计数测量原理的精密光栅, 并通过计算机进行仿真分析设计了具有抗干扰能力和耐高低温变化的绝对零位信号, 其对比度达0.25。对信号处理电路进行高度集成, 实现了小型化。实验结果表明, 反射镜角位移测量装置测量的反射镜角分辨率为0.15″, 测角精度优于0.4″, 完全能满足机动式条件下, 高能激光发射系统对FSM控制精度的要求。

紧凑型高精度高可靠性多路激光合束与扩束结构的设计在工程应用中具有非常大的价值。在此背景下创造性地提出一种对基准平台进行分体式铸造，将短、中、长三波段多个激光器安装于长宽高分别为 1 280 mm、990 mm、 815 mm的舱内小空间及具备空间位置调整的紧凑型结构设计方案。对某型激光合扩束主体结构进行了设计，同时对部分重要部件进行了有限元静力学分析。在该平台中各路激光器沿激光出射方向的角度调整量均大于 ±30′，平台总质量为 600 kg。该过渡基准平台系统在承载转台负载的前提下，其受力最大应变量为 0.005 mm。这表明该结构完全能够满足这种激光器的小空间合扩束及调整要求，该方法可以推广到其他光路合束结构设计中。

为了精确控制 FSM系统中平面反射镜的偏转角度，研制了专用型光栅测微仪对其进行位置测量，以实现系统的闭环控制。在明确了 FSM系统对测微仪应用需求的基础上，根据其技术原理，对光栅测微仪的小型滑轨、标尺光栅图案、指示光栅图案、绝对零位编码、指示光栅移相以及接触探头分别进行了设计与选择。经精密加工、装配、调试后，所得光栅测微仪的测量范围为 ±2.5 mm，响应频率为 1 000 Hz，全行程测量精度优于 2 μm，测量分辨力优于 0.06 μm，并能提供绝对零点位置。工程应用实践证明：该光栅测微仪具有高精度、高分辨力、高可靠性的特点，满足 FSM系统的使用要求。

对透射式和反射式扩束系统应用于高功率激光扩束的优缺点进行了对比研究。采用次镜为凸抛物面，主镜为凹抛物面的无焦卡塞格林系统，运用ZEMAX光学设计软件，按激光扩束系统的扩束倍率和系统的波像差要求，设计出多波段高功率激光扩束系统。对用于高功率激光反射镜的基底材料进行分析，选用无氧铜作为基底材料；采用金增强的膜系设计，膜系从近红外到远红外宽光谱波段激光的反射率均在98%以上。面形精度均方根值优于λ/40(λ=0.632 8 μm)的平面镜作为基准镜，采用光学干涉方法对设计的激光扩束系统进行检测实验，结果表明：该扩束系统的扩束倍率为3.53，波像差为0.206λ，满足多波段高功率激光光束发射要求。

为了精确控制光束的传输方向，设计了一种以直线式音圈电机为驱动器的球面副支撑式快速控制反射镜(FSM)。在明确所需FSM系统功能和设计要求的基础上，分别对其机械结构、平面反射镜、驱动元件以及角度测量元件进行了设计和选择。完成精密加工、装配、调试后，对FSM系统进行了实验测试分析。结果表明，该球面副刚性支撑式FSM系统结构简单，承载能力强，谐振频率约为120 Hz，反射镜稳定精度优于2″，且对振动、冲击、回转等动态工作环境具有较强的适应性，满足系统使用要求。

为研究880 nm高功率半导体连续激光器对光学元件的损伤特性, 选择了K9玻璃、ZnSe晶体和无氧铜进行镀膜加工, 形成高反射率和高透过率的光学元件。通过调节到达光学元件表面的平均功率和改变光斑大小来改变光学元件表面的功率密度, 并连续照射30 s, 最终通过显微镜来观察元件的激光损伤形貌。研究结果表明：镀高反膜的K9玻璃在功率密度达到600 W/cm2时, 膜系表面出现烧熔现象, 当达到1 000 W/cm2时出现炸裂现象, 而无氧铜基底镀金反射镜在上述功率密度下未发现损伤；而镀增透膜的ZnSe晶体在激光功率密度高达1 000 W/cm2时, 通过显微镜观察没有发现明显的损伤, 热像仪显示基底温升为5 ℃。