针对现有电气设备高频局部放电检测方法中存在的检测准确性较差等问题, 提出一种基于调制激光相位的电气设备高频局部放电检测技术。通过高斯误差函数确定频域窗宽, 完成电气设备高频局部放电信号的采集; 依据电气设备局域放电窄带干扰信号正弦或余弦信号特点, 采用傅里叶级数方法抑制窄带干扰, 并提取放电类干扰信号特征, 在此基础上, 通过同步标定高频信号, 并对激光相位脉冲进行分离, 完成电气设备高频局部放电检测。试验结果表明, 设计的采用调制激光相位检测电气设备高频局部放电技术, 有效提高了电气设备高频局部放电检测准确度, 且检测花费时间始终低于4 min。

针对某离轴三反光学系统中的大长宽比长条形SiC反射镜镜面边缘随机振动加速度响应均方根值过大的特点, 提出一种采用“基结构法”的反射镜结构拓扑优化方法, 以随机振动加速度响应均方根值最小化为优化目标.首先对某初始反射镜结构进行有限元分析, 发现反射镜镜面边缘点Z向加速度响应均方根值过大.其次, 应用连续体结构拓扑优化思想, 以反射镜镜面边缘点的随机振动加速度响应均方根值作为优化目标, 以镜面峰谷值、镜体一阶约束频率作为约束条件, 以反射镜筋板式基结构作为优化空间, 对反射镜镜体结构进行拓扑优化设计, 得到了一种各项力学性能指标及面形精度均满足指标要求的反射镜轻量化结构.最后, 通过有限元分析与振动试验, 验证了本文设计的反射镜结构拥有良好的力学性能, 其中反射镜镜体质量相比优化前降低了13%, 镜面边缘点的Z向随机振动加速度响应均方根值降低了58%, 证明了本文优化方法的有效性.

为了实现光学系统波像差的高精度检测，引入了改进的光纤相移点衍射干涉仪，介绍了其工作原理，并对干涉仪的关键部件包括激光光源及光纤的参数进行了选择和分析。经测试，激光光源功率稳定性约为1%(10 min)，光斑尺寸在实现最佳耦合效率允许范围内，光束位置稳定度约为6 μm，相干长度为1 cm左右，都在测试精度允许范围内；选择了纤芯直径为3.5μm的单模不保偏光纤，对光纤端面镀半反半透金属膜，实现了较高的条纹对比度和光能利用率，并设计了波前参考源，方便了光纤端面的抛光、镀膜及装卡。最后，利用选择的部件搭建了光纤相移点衍射干涉仪实验装置，为最终能够实现光学系统波像差的高精度检测提供了前期的准备。

研制点衍射干涉仪时,小孔的形貌和装调误差会对衍射波前质量产生影响,故本文研究了采用相位复原对小孔衍射波前质量进行测评的方法。设计并搭建了衍射波前测试装置,对光纤衍射波前进行了测评实验。为了验证测试方法的有效性,分别对采集的衍射图像与重构的衍射图像,以及测试获得的振幅分布与理论计算获得的振幅分布进行了对比。结果显示。采集图像与重构图像之间的差异为0.32%,验证了采用相位复原技术进行衍射波前测试方法的有效性。同时,对干涉方法测量与相位复原结果进行了对比,二者差异仅为0.001 4λ RMS。

为了得到干涉仪的空间频率响应特性，开展了针对干涉仪的仪器传递函数的测评方法研究。建立了干涉仪成像系统的仪器传递函数的理论计算模型，利用光学设计软件仿真了菲索型干涉仪检测光路，计算并分析了该干涉系统的仪器传递函数的理论值。对基于特定频率点下的正弦位相板的方法测评干涉仪的仪器传递函数进行仿真分析，并与干涉仪的仪器传递函数的理论值进行了比对，其最大误差不超过0.6%，验证了该方法的正确性。

调制传递函数是评价红外光电成像系统整机成像质量的重要指标之一。通常MTF的测试方法有狭缝法和刀口法等。详述了倾斜目标靶(斜狭缝和斜刀口)测试MTF的测试原理, 并且对该两种方法进行了比对实验。提出一种改进刀口法, 将多行数据刃边对齐并排列成一行数据作为刀口扩散函数,能增加采样点数和采样率并提高测试分辨率, 进而得到刀口图像, 对每行数据先微分得到各行LSF(线扩散函数), 再对LSF多行数据构成的新图像按照斜缝法处理过程计算MTF。实验验证表明, 该方法数据能够有效地降低在MTF测试过程中的噪声影响, 与斜缝法MTF测试结果差值最大不超过7.5%。

干涉测量的方法已被广泛应用于光学系统的波前测试中。但是由于高数值孔径的标准具加工成本高、风险大,使用干涉测量的方法对高数值孔径光学系统进行测试存在困难。运用相位复原技术对高数值以小孔衍射光束作为高精度测试基准波前进行孔径光学系统波前测试,可以解决上述问题。对不同频率波前形成的点扩散函数模拟,分析了实际测试所需的实验条件。由于缺乏高精度的对比实验条件,引入一种新的误差分析方法,搭建检测平台完成对显微镜光学系统的波前测试。通过验证实验,证明了该测试方法的可靠性。

高倍率显微物镜具有小视场短焦距的特点，但利用常规测量方法难以准确测定其焦距。采用了一种基于放大率法多次基准传递的方法对高倍率显微物镜的焦距进行准确测定。该方法的原理是采用放大倍率法测试一枚远场共轭设计的低倍率显微物镜，获得该物镜的焦距，然后以此低倍率物镜测试高倍率显微物镜。利用该测试方法对一枚标称焦距为4 mm Nikon金相物镜进行了测试，并分析了测试误差，测试精度为0.0266 mm，相对标准差为0.664%。发现用于基准传递的物镜的选择会影响最终的测试精度，从理论上分析了选取合适基准物镜的标准。

点衍射干涉仪(PDI)中衍射参考球面波的质量受照明物镜像差和小孔的质量、状态的影响。基于矢量衍射理论，分析计算了可见光经过带像差的照明物镜聚焦后经过有限厚度具有实际电导率小孔板的衍射。分析了照明物镜像差对远场衍射波前质量的影响，确定了PDI检测极紫外光刻(EUVL)元件和系统时的最佳直径大小。分析计算得出，当用PDI检测数值孔经（NA）为0.3的系统时，采用直径大小为800 nm的小孔较为适宜，其衍射波前均方根(RMS)偏差为6.51×10-5λ，强度均匀性为0.812。当用PDI检测NA为0.3的元件时，采用直径大小为500 nm的小孔较为适宜，其衍射波前的RMS非对称偏差为8.40×10-5λ，强度均匀性为0.664。

为了提高双光纤点衍射干涉仪的检测精度，需要对干涉仪装置中两个波前参考源(WRS)的系统误差进行标定。设计了波前参考源的标定过程及标定算法，通过沿被检光学系统光轴四次旋转90°求出波前参考源的沿轴旋转非对称误差，沿倾斜轴四次旋转90°求出波前参考源的沿倾斜轴旋转非对称误差，然后利用两者之差采用最小二乘法求出波前参考源的旋转对称误差，将对称误差和非对称误差相累加求出波前参考源的系统误差。采用计算机模拟了标定算法的整个流程，当波前参考源沿光轴和倾斜轴旋转的旋转公差在±1°范围内时，采用36项泽尼克多项式进行标定的测试误差均方根值小于0.01 nm，在标定精度允许的范围内。通过模拟验证了标定算法的正确性并给出波前参考源的旋转公差范围。