为了抑制在头戴式增强现实显示系统中激光扫描(LBS)与光栅光波导直接耦合时产生的带斑(Banding)现象并改善系统的最终成像效果,首先介绍了Banding现象,分析讨论了Banding现象产生的具体原因。随后,提出了一种加入扩散片的扩束抑制方法,并通过扩束光路结构验证了其可行性。针对抑制方案进行了小尺寸、大视场中继光路的设计优化,以满足其在头戴式增强现实显示系统中的应用。本设计的系统总长小于25 mm,在截止频率43 lp/mm处,前端与后端各视场的调制传递函数值均大于0.3,畸变均小于±2.2%,满足设计的各项指标需求。所提方法可以有效抑制LBS与光栅光波导配合使用过程中的Banding现象,因此为基于LBS的头戴式增强现实显示系统的研究提供了一定的参考价值,具有潜在的应用前景。

为了标定扫描式棱镜太阳光谱仪的棱镜不同转动角度对应的中心波长和光谱带宽, 利用了一种棱镜扫描方法对太阳光谱仪的光谱响应函数进行测量。 该方法使用固定的单色光波长, 控制棱镜转动实现单色光的像在探测器位置扫描, 并通过坐标映射得到响应位置的光谱响应函数。 文中根据光谱响应函数的定义, 推导出棱镜扫描法与单色仪波长扫描方法波长定标原理上的等效性。 之后分别以532 nm固体激光器和632.8 nm氦氖激光器为光源, 使用棱镜扫描法测量太阳光谱仪对应波长位置的光谱响应函数, 并以单色仪波长扫描法实验作为对比。 实验结果表明, 对于扫描式棱镜太阳光谱仪, 棱镜扫描法测量的中心波长分别为531.86和632.67 nm, 其准确度优于单色仪波长扫描法测得的531.39和631.97 nm。 由于不受单色仪性能的限制, 前者测量的光谱带宽值也优于后者。 最后以汞灯为光源使用棱镜扫描法对太阳光谱仪进行了光谱定标实验, 实现了特征光谱定标法结合棱镜扫描法对中心波长及光谱带宽的标定。 该方法同样可以应用于扫描式光栅光谱仪以及单色仪的光谱定标。

Offner成像光谱仪在大色散需求下成像质量不足并且易发生光线遮挡，为此设计了一种基于罗兰圆条件的非共面Offner结构光谱仪。分析并推导出了一种非共面Offner结构成像光谱仪的消除像散及彗差同时解决光线遮挡的设计方法。使用该方法设计出光谱范围为350~1000 nm，色散宽度为12.6 mm 的成像光谱仪。在奈奎斯特频率(30 lp/mm)下其调制传递函数在全视场、全光谱范围优于0.78，点列图均方根半径优于4 μm，同时，系统的谱线弯曲及谱带弯曲均小于1%像元尺寸。最后，将非共面Offner结构成像光谱仪与传统Offner结构进行对比，结果表明，在高光谱分辨率需求下，当入射狭缝较小时，非共面Offner结构光谱仪具有更好的成像质量，并且在谱线弯曲及谱带弯曲的控制上具有优势，可用于小体积高光谱分辨率成像光谱仪器设计。

：针对大气层外的太阳光谱辐照度监测，设计了一种星载小型宽光谱太阳光谱仪。光学系统应用改进的切尔尼-特纳光学结构，工作波长范围为600~1 200 nm(二级光谱)和1 200~2 400 nm(一级光谱)；一二级光谱使用二向色分光镜分离，并采用两片线阵探测器同时接收，实现全谱瞬态直读。整个光学结构的尺寸为80 mm×55 mm×20 mm。经过系统优化，全谱段子午方向像差低于6 μm。基于惠更斯点扩散函数(PSF)，仿真探测器像元的光谱响应函数(SRF)，结果表明光谱分辨率在600~1 200 nm波段优于2 nm，在1 200~2 400 nm波段优于4 nm。系统结构简单紧凑，稳定性高，适合用于空间太阳光谱辐照度的在轨监测。

针对实验方法获取光谱响应函数存在时效性差和过程复杂的特点,提出了一种基于惠更斯点扩散函数仿真光谱响应函数及光谱分辨率的方法,该方法综合考虑衍射及像差信息,在光学设计阶段即可获得任意标称波长处的精细光谱响应函数及光谱分辨率.对自行设计的工作范围为1 000 nm~2 500 nm的光栅光谱仪进行单波长及全谱段光谱响应函数仿真,并以几何光线追迹法作为对比.结果表明,基于惠更斯点扩散函数仿真的光谱响应函数带宽始终大于后者获得的带宽,在全波段范围内二者偏差介于2%~5%,且前者变化会同时受衍射及像差影响.两种方法对数坐标表示的光谱响应函数比较表明,相对强度在10－2~10－5时,衍射效应明显,而低于10－5时仿真结果中衍射的影响可以忽略.该方法对分辨率为10 nm的光谱仪仿真过程中产生不确定度为0.25nm.