近红外光谱分析技术在航空航天、 生物医药、 环境检测、 食品安全等众多领域均有广泛应用。 高性能、 微型化、 低成本近红外光谱仪是制约基于近红外连续光谱分析的微小型检测装备发展的主要瓶颈, 是当前光谱仪发展的主要研究方向。 提出了一种基于微光机电系统(Micro-optical electro-mechanical system, MOEMS)集成扫描光栅微镜和改进型非对称式切尼-特纳(Czerny-Turner, C-T)光学结构的微型近红外光谱仪系统结构, 分析了光谱仪系统和集成扫描光栅微镜的工作原理, 基于光栅相关参数和光谱仪性能指标要求确定了集成扫描光栅微镜最大扫描角度。 分析了改进型非对称式C-T初始光学结构像差, 基于ZEMAX光学设计平台完成了光谱仪光学系统的仿真和优化设计, 确定了系统关键参数。 仿真分析了平凸柱面透镜对改进型非对称式C-T光学结构系统分辨率、 检测灵敏度等性能参数的影响。 基于仿真优化结果, 完成了微型近红外光谱仪机械结构设计、 加工与装调, 搭建实验平台完成了光谱仪相关性能参数测试。 结果表明, 设计的基于MOEMS集成扫描光栅微镜和改进型非对称式C-T光学结构的微型近红外光谱仪, 采用重庆大学自主研发的谐振频率为677.1 Hz的MOEMS集成扫描光栅微镜来实现同步扫描和分光, 0.8 ms时间内即可完成一次波长范围800～1 800 nm的光谱测量, 光谱准确性与国外品牌光谱仪比较无明显差异, 光谱整体分辨率半峰全宽（FWHM）≤11 nm, 波长稳定性≤±1 nm; 基于平凸柱面透镜的光学结构设计可将探测输出光强值提高15%以上, 可有效提高光谱测量的灵敏度; 同时, 经过平凸透镜二次聚焦后的光斑尺寸更小, 可选用感光面积小、 截至频率大的单管探测器实现光谱探测, 可降低系统成本、 抑制外部光噪声, 满足扫描频率较高的扫描光栅式光谱仪的光谱分辨率需求。 因此, 提出的基于MOEMS集成扫描光栅微镜和改进型非对称式C-T结构的近红外光谱仪满足高性能、 微型化和低成本的光谱仪发展需求。

针对无人机光学载荷宽视场、高分辨、轻小型、实时成像等需求，基于级联光学结构设计了一种折叠式级联相机光学系统。该光学系统主要由前置折叠同心物镜和中继转像透镜阵列组成。前置折叠同心物镜获取宽视场中间像，位于前置折叠同心物镜的同心球面上。中继转像透镜阵列对同心球面上的宽视场中间像进行视场细分、剩余像差精细校正和中继成像。优化设计得到了全视场角为109.6°、瞬时视场为7.8″，筒长仅为107 mm的折叠式级联结构相机光学系统。在全视场范围内，像面上各处光线追迹点列图的均方根半径均小于1.1 μm，在空间频率230 lp/mm处，各视场调制传递函数值大于0.4，系统成像质量接近衍射极限。这种折叠式级联结构无人机机载相机光学系统视场大、分辨率高、结构紧凑，可用于无人机遥感领域，在大视场范围内获得高分辨率光学像的同时，还可实现光学系统的小型化和轻量化，具有广阔的应用前景。

大型激光陀螺仪的标度因数对环形腔的几何形变有很强的依赖性。根据大型激光陀螺仪的结构和工作特性,对影响测量精度的关键技术进行了研究,并对影响标度因数的环形腔的几何形变进行了计算分析,得到了环形腔几何形变后的标度因数变化情况。此外,还提出了环形腔发生几何形变时标度因数的优化方法,并给出了温度和应力对标度因数影响的变化量。结论认为,在生产条件、工作环境和腔体结构相同的情况下,对标度因数进行补偿将有利于大型激光陀螺仪测量精度的提高。

由于采用发光二极管(LED)制作显示薄膜, 所以可以改善常规显示屏有缝拼接, 刷新频率低, 应用场合相对窄的缺点, 如果显示薄膜的衬底材料为聚碳酸酯(PI)薄膜, 薄膜后的印刷电路板(PCB)也做成柔性的, 那么显示屏就是柔性LED显示屏了, 可以应用到更多的场合。显示屏的核心设计是显示薄膜的设计, 此设计制作的柔性显示薄膜, 要求像素间距为1 mm, 折弯半径小于10 cm。最后采用lighttools专业软件进行仿真分析, 并进行了一系列具体实验, 测出这种像素间距为1 mm的样品折弯半径为3.1 cm, 可以看出: 实验结果和仿真分析有较大吻合性 , 说明这种设计有充分的可行性。

本文采用了光机热集成分析的方法对透射式红外光学系统在温度变化条件下进行分析。首先，利用 Zemax建立了 F.为 1和 F.为 2的两个光学系统，利用有限元软件 Patran & Nastran对两个光学系统加载温度场进行热弹性分析，得到镜面节点变形前和变形后的位移。其次，使用 Sigfit将分析得到数据进行 Zernike多项式拟合，得到镜面的 Zernike系数和刚体位移。最后，再将其导入到光学软件 Zemax中，分别考虑镜片面型变化、刚体位移变化和镜片折射率变化 3种因素对其 MTF值的影响。以 F.为 1的光学系统作为主要分析对象，其结果表明在设计要求 65℃（－45℃～20℃）温差下，面型变化使 MTF（17 lp/mm）值下降了 9.72%；刚体位移变化使 MTF值下降了 29.16%；折射率变化使 MTF值下降到 0点，已不再满足光学系统的成像质量要求。其结果表明，折射率变化才是影响红外光学系统成像质量的最主要因素。通过减少温度范围并进行光机热集成分析，得到 F.为 1的光学系统下温差范围为 8℃～32℃，F.为 2的光学系统下温差范围为 6℃～34℃。在两个光学系统的温差范围下 MTF值均大于 0.2，综合考虑建模精度及软件计算精度，其温度最适范围为 13℃～27℃。

太阳模拟器作为一种重要的试验设备，广泛应用于空间技术、航空航天及太阳能产业等领域。在太阳模拟器的发展中，光源发光二极管(LED)的加入对其性能的增强起到了重要作用。介绍了太阳模拟器发展的背景，论述了LED作为其光源的优点和价值。列举了针对太阳模拟器性能评测的各项标准，逐个介绍并进行对比。叙述了国内外具有代表性的LED太阳模拟器结构、控制及光学设计，从光谱匹配度、辐照不均匀度、辐照不稳定度等方面进行分析比较。总结了LED太阳模拟器的研发重点和发展趋势。

自适应光学系统在高分辨力成像望远镜中发挥了重要作用。自适应光学系统对于望远镜系统中的低阶像差几乎可以完全校正，但是会牺牲变形镜的校正行程量；对于中高阶像差，自适应光学系统不能完全校正，如何减小高阶残余误差是望远镜系统设计需要考虑的问题之一。本文首先分析了望远镜光学结构中的主镜结构、次镜遮拦、次镜支撑筋、主次镜装调和光学加工等静态和准静态像差情况，然后分析了这些因素如何影响自适应光学校正能力，最后给出了对望远镜光学结构的要求。

提出了一种基于微光学阵列差分真时延网络的光学多波束合成系统, 研究了该系统中结构参数与波束形成性能的关系。通过改进基于微光学阵列差分真时延网络的参数, 优化了差分真时延网络的初相位以及幅相一致性; 通过改进天线单元的参数结构, 优化了各个天线单元的方向图, 解决了合成波束时容易出现栅瓣及波束较宽的问题。所提系统可抑制栅瓣, 得到的旁瓣消光比大于10 dB, 频率为3.8 GHz时的3 dB带宽为35°, 频率为4.9 GHz 时3 dB带宽为29°, 指向误差小于1.5°, 频率覆盖范围为2~6 GHz。该系统在光学相控阵雷达中具有广阔的应用前景。

设计了一种基于实时双光路校准的分光测色仪结构, 在现有双光路设计中加入校准光源对主光路和辅助光路进行实时双光路校准.构建算法对由温度变化引起的传感器响应效率变化进行修正, 并设计实验在不同温度下对仪器采样稳定性进行评价.实验表明, 采用了实时双光路校正仪器的工作温度从10℃变化至30℃后, 测量数据稳定性标准偏差小于等于0.03, 最大偏差小于等于0.04, 相对于现有技术方案有显著改善.