研究了利用数字微镜器件生成 Hadamard光调制编码模板的方法, 深入分析了利用该编码模板进行光调制的工作原理及设计中应注意的技术细节。采用原型样机光谱仪对入射激光进行编码成像实验, 光谱反演后提取图像上样本区域内少量像素点的光谱曲线, 发现其光谱峰值恰好在激光波长所在的光谱通道内, 反演后的图像中只有激光波长所在光谱通道的光谱图像有能量分布。实验结果表明运用数字微镜设计的Hadamard编码模板达到了理想的空间光调制效果。

国内外对DMD空间光调制的Hadamard变换成像光谱仪做了大量的理论研究和实验验证, 但这项技术的研究还不够成熟, 很多问题需要进一步的研究。在这种光谱仪中每个像素点色散光谱的编码矩阵互不相同。通过比较激光编码图像灰度值的变化并结合S矩阵元素的变化规律, 提出了一种光谱反演矩阵的标定方法。以七阶左移循环S矩阵为例设计编码模板, 通过两组成像实验对光谱反演结果进行了验证。在第一组实验中, 将一束激光波长为632.8 nm激光导入光谱仪中, 光谱仪的光谱响应范围为550~680 nm, 632.8 nm在第五个波段范围626~644 nm之内理论上只有波段范围为626~644 nm的第五幅光谱图像是明亮的, 其余的图像没有能量分布, 实际的实验结果与理论上的分析相吻合。在第二组实验中, 让光谱仪对一个彩色蝴蝶模型进行成像, 在反演后得到的光谱图像上提取两个测试点的光谱曲线, 与用辐射度计提取的光谱特性曲线进行对比分析, 实验结果表明反演所得的光谱曲线与辐射度提取的光谱特性曲线基本一致。两组光谱反演的实验结果验证了所提出的光谱反演矩阵标定方法的有效性。

相位补偿器是偏振干涉仪的核心部件, 其稳定性直接影响偏振干涉光谱仪的可靠性.本文分析了相位补偿器的光程差相对灵敏度、光楔倾斜误差、斜入射角误差和温度适应性等指标, 并给出相应的误差容限计算公式.研究表明：相位补偿器移动光楔沿运动方向的抗干扰能力是经典迈克尔逊干涉仪的2/Δnsin θ倍, 抗倾斜能力是经典迈克尔逊干涉仪的1.75/Δn倍;当入射光以微量倾斜误差入射后, 相位补偿器不会产生额外的附加光程差; ―20～85℃范围内的温度变化对相位补偿器产生的最大光程差误差为1.8 μm, 具有很高的热稳定性; 当光楔角为30°时, 干涉仪在性能、尺寸和成本之间达到均衡; 晶体材料的双折射率差通常远小于1, 偏振干涉的稳定性更加明显.本研究为相位补偿器在更为复杂的环境中的应用奠定了基础.

提出一种基于偏振干涉的单光路近红外光谱仪光学系统.针对光纤耦合卤钨灯光源,设计离轴抛物面镜准直和会聚光学系统.氦氖激光作为采集控制光源, 用冷光镜与近红外光束实现分合.采用正交放置的格兰-汤普逊棱镜为起偏和检偏器, 设置补偿晶体和扫描光楔完成偏振干涉的相位补偿.近红外光偏振干涉光谱仪光学系统的光谱范围为800～1 700 nm,理论光谱分辨率优于8 cm-1 ,通光口径Φ10.4 mm.质量评价表明, 全视场点列图均方根半径值约为1.7 μm, 垂轴色差小于0.2μm, 全视场范围内几何包围圆Φ14 μm之内能量达到100％.

取样率是高能激光装置中衍射光栅的一个重要技术指标，针对取样率测量中存在的泊松噪声、杂散光干扰以及探测器不一致误差的影响，提出了一种组合噪声处理方法。对测量环境及探测器输出的统计特性进行了分析，通过统计规律求平均的方法，降低了泊松噪声对测量结果的影响；通过直方图去噪的方法，对杂散光的影响进行了抑制；通过互标的方法，减少了由于探测器不一致问题所带来的干扰。结果表明：取样率测量的相对平均偏差为0.297%,标准偏差为1.22%，满足取样率测量相对平均偏差优于0.4%，测量标准偏差优于2%的指标要求。为衍射光栅取样率测量的噪声处理提供了新的技术手段，并已在大口径衍射光栅综合诊断平台上得到验证和应用。

为了提高超短脉冲激光的瞄准精度，基于自准直原理提出瞄准装置光学系统。以670 nm光纤耦合激光器为光源,设计指示光准直、扩束光学系统，准直光的不平行度达到3.2″，设计焦距为350 mm,相对孔径1/5,离轴量50 mm的主激光离轴抛物面镜，其成像质量达到衍射极限，基于准直束光学系统和离轴抛物面镜，设计可适应670 nm和800 nm两种波长的20×和100×的瞄准和监测成像光学系统。提出一种小孔准直的安装调试方法，以指示光进行实验验证，结果表明: 设计的光学系统成像光斑均匀,其物方分辨率达到4.1 μm。

为了研究水下气泡的粒径、速度和浓度特性,提出基于高速电荷耦合器件(CCD)的气泡照明和三维摄影光学系统.采用532 nm半导体激光器，基于伽利略结构用三个柱面镜设计了厚度1.5 mm，宽度44 mm的片光源。设计物像距530 mm,放大率为0.4，1，2.5倍(×)的摄影光学系统,每组均由共用前组镜和会聚镜组成，中间以平行光中继。通过同步移动片光源和共用前组镜实现60 mm×40 mm视场内二维高速成像和纵向5 mm扫描，具有结构简单、性能可靠的特点。对设计结果进行评价，0.4，1，2.5×成像光学系统在0.707ω，50 lp/mm时调制传递函数值分别为0.58，0.55和0.38，能够分辨粒径范围为10～450 μm的气泡。

增大视场角和相对孔径是提高水下微光摄影物镜性能的重要手段。介绍大视场大相对孔径水下微光摄影物镜的设计方法和特点。基于反摄远结构采用11片镜片设计了相对孔径为1/1.4,水下全视场角66°,焦距11.8mm的水下微光摄影物镜。质量评价结果表明:设计的摄影物镜成像质量优异，在空间频率为42lp/mm时0.7ω的MTF值高于0.5，且达到各项性能指标,能够满足水下微光摄影物镜对大视场大相对孔径的需求。