在各种冷原子干涉测量系统中, 磁光阱(Magneto Optical Trap, MOT)、补偿及偏置磁场控制是不可或缺的关键技术, 稳定、快速的磁场控制直接影响着原子冷却囚禁、干涉等过程中原子团的精密操控。设计了一套高性能的精密磁场控制系统, 电路结构上通过采用精密放大器驱动的低噪声恒流源拓扑, 以降低磁场驱动电流的噪声水平; 控制方式上采用模拟PID+扰动抑制的控制策略, 以提高磁场驱动电流的开关速度。实验室环境下测试结果表明: 当磁场驱动电流输出为1 A的情况下, 电流开启时间优于300 μs, 关断时间优于50 μs, DC(0 Hz)~250 kHz频率范围内总体电流噪声优于-80 dB。最终, 通过在冷原子绝对重力仪/重力梯度仪与冷原子陀螺系统中的应用测试, 所设计的磁场控制模块满足了冷原子干涉系统控制需求, 达到了预期效果。而且通过自主研制, 解决了对商用磁场控制模块的依赖, 促进了量子测量装置的装备化。

为了满足海空重力场测量、资源勘探、惯性导航与定位等野外绝对重力测量需求，小型化、可移动和高鲁棒性是工程化原子干涉重力仪的重要发展方向。分析了原子干涉重力仪的原理和结构特点，总结了原子重力仪的主流分类和发展趋势。具体分析了基于可移动原子重力仪的可搬运、车载、机载、电梯运载和船载绝对重力测量试验的原理及目前达到的精度指标。对应用于不同运动载体的可移动重力仪的技术特点和主要指标进行了比较，并初步探讨了用于野外测试的可移动原子重力仪发展方向和应用前景。

针对当前高能激光系统的工程应用需求, 设计了一种在一定目标距离范围内连续调焦聚焦的透射式高功率激光发射系统。首先通过理论分析高斯光束的远场聚焦特性, 计算得到光学系统的放大倍率、光束角和发散角等参数; 其次分别选取三片式、四片式和五片式作为设计模型, 采用光学设计软件序列模式进行仿真分析, 分析对比了三种结构形式的设计结果。为了提高系统的稳定性及透过率, 且兼顾像差校正和镜头轴向距离等因素, 最后选择五片透射式作为结构形式。该结构形式调焦方式简单, 调焦曲线平滑易加工实现, 由3片固定透镜和2片调焦透镜组成, 使用全球面设计, 实现了目标距离0.3~2 km范围内连续调焦聚焦。结果表明, 该系统扩束比为6.5, 发散角约为63 μrad, 公差分配后, 波前在整个调焦行程中优于0.42λ, 波前优于0.3λ的概率为90%, 公差分配设计合理, 且结构稳定可靠, 光学性能优良, 在高能激光领域有较好的应用前景。

为了实现非机械式大角度光束偏转,设计了一种基于电控相位延迟器与双折射棱镜级联的液晶光学相控阵系统。采用了VirtualLab软件中的相位调制元件,仿真分析了纯相位液晶空间光调制器对光束偏转的效果和光场相位分布图。介绍了半波液晶相位延迟器与双折射棱镜级联结构对角度放大的原理,分析了光束入射角及出射角的影响因素,提出了最优化参数组合方法。通过控制半波液晶相位延迟器的电压可改变入射光束的偏振态,提出了电压控制组合方法。实验结果证明利用电控液晶相位延迟器与双折射棱镜组合可以实现角度放大功能,最大光束偏转角实测为22.3°,该研究结果表明电控液晶相位延迟器可实现光束偏转的切换,在大角度非机械式光束偏转技术中可广泛应用。

仿生蛾眼是一种具有抗反增透效果的微纳米结构, 该结构采用化学沉银方法制作了随机分布的双面仿生蛾眼抗反射纳米结构透镜, 平均透射率在97%以上。分析了相同参数组合条件下周期蛾眼结构和随机蛾眼结构的透射率情况, 得出在设计波段内, 随机蛾眼结构透射率优于周期结构的结论。采用蛾眼透镜进行相关参数的计算, 利用CODE V平台设计了一款全蛾眼成像镜头。该蛾眼系统焦距为25.5 mm, F数为5, 视场角13°, 光谱范围400～700 nm。经过成像对比试验显示, 蛾眼镜头相比常规镀膜镜头而言, 对鬼像、边缘眩光等杂散光具有很好的抑制作用。