人体血清中的胃蛋白酶原I是临床医学中诊断胃食管反流的常用生物学指标，而传统的检测方法存在测试时间长、成本高、灵敏度低等缺点。设计了一种能够快速定量检测胃蛋白酶原I的荧光测试系统。首先使用便携式显微镜采集样品的荧光图像，再利用RGB颜色通道中R通道图像处理算法对荧光图像进行检测和分析。最后根据实验数据，拟合出标准曲线，拟合度为99.556%，且检测结果的变异系数小于4.9%。结果表明，所设计的检测系统能够准确、快速地定量检测胃蛋白酶原I的浓度。

研究了一种在近红外波段具备良好成像能力的双凹面光栅成像光谱仪系统。对这种串联光栅系统中存在的主要像差像散和彗差进行了分析, 并计算获得了该系统的最优成像条件: 两个光栅和柱面透镜的最优摆放位置。这种改进型的Wadsworth系统可以在全波段近似消除彗差和像散, 具备良好的光学成像质量, 并仅通过刻线密度较低的光栅即可实现高光谱分辨率。设计了一个工作于780~1 100 nm波段的成像光谱仪系统, 其光谱采样达到0.92 nm/pixel, 全视场调制传递函数在17 lp/mm的奈奎斯特频率下高于0.45, 系统像差得到充分校正, 且加工和装调公差比较宽松。研究结果分析证明了设计理论的正确性。

研究了一种在1.0~2.5 μm短波红外波段上可用于机载精准农业观测的成像光谱仪光学系统。研究分析了用于精准农业探测所需的成像光谱仪科学性能参数, 着重改进了Dyson成像光谱仪系统并获得了完善的消像散条件, 使得其各组成部分在沿光轴方向和垂直光轴方向均具备足够的空间, 确保了狭缝、探测器和光学镜片的光机结构放置。设计成像光谱仪具备良好光学性能, 光学系统F数为1.5, 视场28°, 狭缝长度25 mm, 光谱分辨率12.7 nm, 空间分辨率1 mrad, 系统像差得到充分校正, 公差比较宽松。该系统的研究将为精准农业遥感应用提供一种思路。

在红外光电探测系统中, 一般都是弱光信号的检测和测量, 为了实现光能量的全接收, 需要对能量接收系统的光斑大小进行测量, 故光斑大小的测试对于红外光电探测系统而言显得尤为重要。文章提出一种测试红外光斑大小的方法。首先, 针对样品参数搭建光学平台, 并对光源发射光信号进行辐射调制,运用锁相放大技术读取探测器探测到的有效信号, 并采用三维扫描技术测量真实的光斑大小以及能量分布情况。测试结果表明有效靶面未能对光斑能量全接收。

为了观测全超导托卡马克装置(EAST) 中充气成像系统(gas puff imaging, GPI) 的谱线强度, 提出一套GPI光学观察系统。以匹兹伐型物镜为初始结构进行优化, 使系统像差控制在1/4 λ内, 在观察波长656.2 nm/587.6nm下, 设计系统光学传递函数在16 lp/mm下达到了0.76。对温度参数在20°~250°范围内作多重结构分析, 选取的透镜材料热膨胀系数非常相近, 光学频率在16 lp/mm时, 子午方向的光学传递函数几乎无变化, 而弧氏方向的光学传递函数由0.82变化到了0.69。根据光学观察窗口所在物理环境, 对其进行静力学、热力学仿真研究, 可以看到石英窗口的形变量达到了1/5 λ, 将该形变代入光学设计中进行容差分析, 系统的MTF≥0.5。通过快速相机捕捉到的系统成像光谱画面图显示, 该系统能清晰地观察物面的谱线强度分布以及变化。

空间环境温度的变化对星载大气痕量气体差分吸收光谱仪光学系统成像质量的影响很大。以主镜组件为例，利用有限元方法对不同的温度分布形式，即均匀温度场及 3个方向温度梯度对主镜面形的影响进行了分析。通过对不同温度分布下主镜表面各点的变形量进行标准球面拟合，得到了面形 RMS值的变化规律，通过对比主镜面形公差的设计要求，确定了主镜正常工作所需的控温范围。其中均匀温度场的温度变化量需 ≤2℃，由于主镜对 Z向温度梯度分布相对 X向和 Y向更敏感，因此对热控提出了 Z向的温度梯度要求，而无需对 X向和 Y向温度梯度进行控制。

提出了一种利用不同大小的高折射率介质方柱组成的梯度光子晶体来实现聚焦的方法。数值仿真计算证明,该聚焦器件能实现高能量利用率和接近衍射极限的聚焦光斑。在透镜两侧涂上一层增透膜,可以有效地抑制旁瓣和提高能量利用率。随着透镜填充因子的增大,焦点的能量随之增强。针对波长10.6 μm,设计了一个口径为100 μm,焦距为50 μm的梯度光子晶体结构透镜,利用时域有限差分方法得出透镜能量利用率在填充因子为44.7%时达到了48.5%,焦斑大小也接近衍射极限。