本文通过优化白光LED阵列的结构，实现在目标面上产生均匀的色温分布。通过收集系统中每颗LED的色温坐标矩阵与照度矩阵，根据色温叠加公式，计算LED阵列在目标面上叠加后的色温分布，构建目标面上色温均匀度评价函数，评价函数反应目标面上色温分布的均匀性。通过优化阵列中LED的位置，使得评价函数的值最小，即目标面上色温均匀度最高。运用这种方法我们优化设计了两个实例:（1）相同规格的9颗白光LED方形阵列;（2）不同规格16颗圆形白光LED阵列，优化后色温均匀度均达到了95%以上。利用这种方法同样可以在目标面上同时实现均匀的色温分布与照度分布，设计9颗相同规格的白光LED以3×3方形阵列方式排布，优化后色温均匀度从78%提升到88.7%，照度的均匀度从42%提升到87.6%。分析实际加工制造过程产生的误差对色温均匀度的影响，随着制造误差的增大优化后色温均匀度下降，但均优于优化前色温分布均匀性。

太阳模拟器是利用人工光源模拟太阳光辐照的设备, 滤光片作为太阳模拟器中的重要元件, 对其光谱精度要求也越来越高.本文通过建立数学模型, 引入新的评价函数, 设计了0.4~1.1 μm波段五个不同分光要求的阶梯式补偿滤光膜.并在薄膜制备过程中, 应用最小二乘法原理对实验数据进行拟合, 找到了残余蒸镀量与膜层厚度之间的关系, 解决了残余蒸镀对薄膜的光谱影响, 最终制备出的薄膜符合使用要求.

提出一种基于改进空间频率域(UV)采样的阵列评价函数, 用于长基线天文光干涉望远镜阵列几何结构的优化。该评价函数将UV采样区域沿径向和角度方向分别进行划分, 统计划分所得区域中UV采样点数目并计算UV采样点密度, 以UV采样点密度偏离理想高斯分布的大小作为评价依据。在具体的优化技术上, 利用遗传算法的全局收敛特性, 降低了传统算法对初始结构的依赖, 采用该评价函数对6孔径望远镜阵列进行优化设计, 并与国际主流天文光干涉阵列CHARA进行了性能对比。分析结果表明: 优化所得Array-6阵列UV采样点密度分布具有径向连续覆盖和低频强调的特点, 有利于对轮廓信息的恢复; 双星模拟成像实验中Array-6阵列重构图像相对于原始图像的误差为21.34, 相比CHARA阵列降低了18.16%, 具有更高的成像质量。该优化算法具备优化大孔径数目阵列的能力, 对于射电波段望远镜阵列的优化设计亦有一定的参考意义。

为使LED阵列在目标面上产生均匀的照度分布, 构建一个均匀度评价函数.通过优化阵列中各LED的位置, 使得评价函数产生最小值, 此时阵列在照明面上的均匀度最高.采用模拟退火算法对LED集成圆形阵列、4×4和4×5的矩形阵列进行优化, 优化后的阵列在目标面上均产生了均匀照度分布, 对应的均匀度分别为97%、96%和95%.对LED阵列中影响目标面均匀照度的参量进行研究, 结果表明圆形阵列的最佳半径与LED的颗数无关, 阵列面和目标面之间的距离与阵列的最佳半径呈线性关系；矩形阵列中, 相邻LED之间的最佳距离与阵列面和目标面之间的距离呈线性关系.该方法与现有解析方法所得结果一致, 且算法简单便捷, 可用于计算机自动优化设计.

为了给反射镜和光栅组成的光学系统提供一种有效的优化方法,应用吕等提出的两维扩展光源平面对称光学系统的像差理论,Namioka等定义的XUV(极紫外)光栅仪器的评价函数和改进的遗传算法发展了优化设计程序,对一XUV单色仪光学系统进行优化。通过光线追迹程序Shadow进行数值成像计算来验证优化结果,并和相关参考文献中的结果进行比较。比较结果表明应用的评价函数适用于两维扩展光源的XUV单色仪光学系统优化设计。

全景成像技术在机器人、计算机视觉和虚拟现实领域有着重要的应用,与此同时也对其成像质量提出更高的要求。然而,对于此类大视场系统的设计较多地停留在光线追迹的方法,没有出现能对大视场像差进行参量化设计的方法。现将平面对称光学系统像差理论应用于此系统,得到关于光学参数的像质评价函数,采用差分进化算法解决多变量评价函数的优化问题,实现了一种折反射全景成像系统的优化设计,并用Zemax光线追迹软件证实了理论的正确性。结果表明,此类系统可以采用平面对称光学系统像差理论来优化设计,该思路是正确有效的。

基于评价函数的宽光谱膜厚监控系统，由于实测光谱曲线和理论光谱曲线相背离，使得评价函数发散，监控失败。利用实测的膜层透射率光谱曲线，对于已镀层，利用模拟退火算法实时拟合其实际的光学常数，据此修正目标透射率曲线，并补偿吸收的影响，重新设计膜层数及预镀层厚度，获得新的评价函数，如此对评价函数进行逐层修正。实验结果表明，薄膜厚度监控误差可以达到10-2以下，精度完全可以满足实际要求。

基于三种不同评价函数,利用全局优化算法设计了极紫外波段高性能反射式多层膜偏振元件。通过比对不同评价函数的设计结果, 分析了评价函数、工作角度及膜层数对反射式多层膜偏振片性能的影响, 确定了极紫外多层膜反射式偏振片设计的角度选择、膜层数选择及评价函数选择标准。为解决传统的单一性能优化造成的偏振度损失的问题, 构造了偏振比对数结合反射率的评价函数, 该方法设计的偏振元件性能优于传统优化方法设计的结果。

将平面对称光学系统的像差理论应用于极紫外（XUV）光栅仪器的评价函数，可以得到评价函数关于光学参量的解析表达式。应用合作型协同进化遗传算法来解决多参量评价函数的优化问题，建立了优化程序。应用该程序对XUV摄谱仪系统进行优化设计，并运用光线追迹程序Shadow对该光学系统进行数值成像计算和比较，研究结果表明发展的评价函数在XUV多元件光栅光学系统优化设计中是十分有效的。

介绍了X射线宽带多层膜材料W和B4C的选定方法,依据伯宁(BERNING)公式确定出了在0.154 nm处X射线宽带多层膜的最佳膜对数。引入适当的评价函数,利用具有全局寻优特性且效率较高的遗传算法,在波长0.154 nm处优化设计出了掠入射角(θ)0.5°～0.9°范围内反射率值达到40％的宽角度宽带多层膜。宽带多层膜反射镜采用磁控溅射方法制备,并用X射线衍射仪对样品进行了检测,结果表明在掠入射角(2θ)1.0°～1.8°之间的相对反射率光谱曲线比较平坦。