介绍了四象限探测器用于激光制导的工作原理,根据激光制导的技术要求和四象限探测器的工作特性,分析了基于四象限探测器进行空间定位的导引头中光学接收系统的原理及特点。依据系统指标,采用序列性光线追迹和非序列性光线追迹相结合的方法,设计了一种±4°线性接收视场内光斑均匀性大于75％,±1.5°接收视场内光斑均匀性大于90％的接收光学镜头,同时镜头在±4°线性接收视场内光斑直径偏差小于±0.05mm。镜头设计结果既满足设计要求又结构紧凑,对此类镜头的光学设计方法进行了探索总结

在大口径、快焦比非球面的补偿检验中，入射光线在短距离内发生大角度急剧折转，导致干涉仪面形检验结果图像产生非线性畸变，严重影响了数控小磨盘抛光的位置精度和误差去除效率。为了校正离轴非球面在补偿检验中产生的图像畸变，提出了一种校正非线性畸变图像的方法，通过同心环带法确定畸变中心位置并利用光线追迹建立被检镜到干涉图的映射关系。针对某一光学系统的520 mm×250 mm的离轴抛物面主镜进行了畸变图像的校正，校正结果面形与工件面形的位置偏差降到1 mm以下，满足小磨盘抛光的工作要求。

条纹反射测量技术具有动态范围大、灵敏度高的特点，通过高精度的系统标定可以获得很高的测量精度。本文研究将条纹反射测量技术应用于离轴非球面反射镜粗抛光阶段的面形检测，使用激光跟踪仪建立检测系统坐标系，然后将相机和显示屏的实测标定数据代入坐标系并在Zemax软件中建立测量装置的理想模型，通过光线追迹得到理想的屏幕像素点位置，采用相移技术可以得到实测时屏幕像素点位置，从而计算得到被测镜面形的斜率误差，最后积分得到检测结果。文中采用该方法对一块SiC 离轴非球面镜进行了实测，并与三坐标测量机的结果进行对比，验证了方法的可行性，可用于指导离轴非球面镜粗抛光阶段的加工。

为了研究LD面阵侧面泵浦Nd∶YAG晶体吸收光场的均匀性, 本文提出了一种新的求解泵浦光路径的计算方法。首先建立了适用于不同泵浦结构的激光二极管多侧面泵浦全固态激光器的晶体吸收光场分布模型; 然后模拟并分析了单向面阵泵浦结构各参量: bar条个数、bar条间隔、bar面倾斜程度对面阵泵浦晶体吸收光场均匀性及泵浦效率的影响。本文研究为LD侧面泵浦全固态激光器的设计和研究提供理论基础。

针对槽式聚光系统,设计了一种倒梯形管簇式腔体接收器,采用理论研究、TracePro软件模拟以及实验的方法对腔体结构设计中某些几何参数对接收器的光学性能的影响进行分析及优化,并对其安装位置偏移对光学性能的影响展开研究。结果表明:倒梯形上壁面为弧面反射面可使光学效率提高近4%;随着开口角度增大光学效率逐渐增大,随着圆弧半径增大光学效率先增大后缓慢降低,开口角度65°与反射圆弧半径90 mm的组合结构具有较高的光学效率、较均匀的集热管壁能流以及较好的光热转化效率;腔体接收器安装在焦距垂直向下5 mm范围内可获得优于焦距处的光学效率;运用归一化温差和测试瞬时集热效率的方法得到槽式聚光集热系统的光学效率为73%,与模拟的理想值较吻合。

等离子体辐射的谱线中包含着等离子体状态的大量信息.因此,探测等离子体状态参数的最有效手段之一就是等离子体辐射的谱线测量.现有的软X射线掠入射平场谱仪由于受到已有掠入射变间距凹面反射光栅的限制,在保持平焦场的情况下,可测量波段范围只有5~40 nm.为了扩展掠入射XUV平场谱仪的测谱范围,首先编制了掠入射变间距凹面反射光栅的光路追踪程序.然后与文献<参考文献原文>同样条件下的结果进行了数值比较,结果表明我们的程序计算结果与Harada等的结果符合的非常好,从而验证了所编制光路追踪程序的可信性.最后利用所编程序对不同掠入射条件下变间距凹面反射光栅的平焦场变化情况进行了详细的数值研究.通过计算和分析表明,在保持软X射线波段范围5~40 nm为平场不变的情况下,在45~80 nm的超紫外线波段范围内找到了一个满足平焦场条件的平场面直线方程为y=-2.50x+661.11的平场面,从而利用一块掠入射凹面光栅就可以将掠入射平场谱仪的波长范围从5~40 nm扩展到5~80 nm.这个结果即从理论上论证了将传统的掠入射平场谱仪从软X射线波段扩展到超紫外线(XUV)波段的可行性,也为提高了掠入射平场凹面光栅的使用性提出了新的设计思路.

正向成像技术是正向计算与反演相结合的密度重建技术的基础。为了正确获取闪光照相面光源下复杂客体的正向计算数值图像，提出了面光源点源化的思想，并用窗口化的探测系统模糊、径迹法等技术得到了更加准确的、含系统模糊的正向投影矩阵以及方程。利用含系统模糊的正向投影方程计算实验客体的正向投影，获得了与实验结果一致的边界信息。含系统模糊的正向投影方程和逆问题求解的约束共轭梯度法合成了整体密度重建方法。整体密度重建方法应用于FTO客体的模拟图像和实验图像，都能够将模糊控制在1~2个像素。

全景环带透镜（PAL）在有强光的实际运用中经常会出现像杂散光较强和信噪比降低的情况，对产生的杂散光的分析及抑制非常重要。分析了PAL光学系统中杂散光的主要来源，并提出了一种针对透射面反射产生的杂散光的抑制方法。利用ASAP软件进行仿真，分析了基于该方法设计的PAL光学系统的杂散光情况，结果表明，对比普通的同光学参数的PAL系统，在50°~85°半视场时由透射面反射引起的杂散光减少了约85%，其他视场时杂散光未增多。设计了杂散光对比实验，实验结果验证了仿真结果，表明提出的杂散光抑制方法可以有效抑制PAL光学系统中的杂散光。

利用光学不变量对焦平面系统进行近轴分析，得到了量化焦平面系统冷反射集中程度和变化率的两个一阶参量。以热辐射理论为基础，推导并总结了冷反射引入温差（NITD）和成像系统参数及环境参数的关系式。以焦距为90 mm，视场角4°，F数2.75的中波焦平面成像系统为例，在CODE V软件中对其冷反射效应进行了定量分析，并以一阶参量为约束，实光线追迹辅助验证的方式进行了冷反射优化,优化后光学系统的冷反射降低了70%。在杂光分析软件(ASAP)中根据系统的实际参数对冷反射分布进行了模拟，结果表明对冷反射进行优化控制后，系统的NITD减小到了预设值之下，冷反射效应得到了很好的控制。

采用蒙特卡罗光线追踪方法, 模拟GaN基倒装LED芯片的光提取效率, 比较了蓝宝石衬底剥离前后、蓝宝石单面粗化和双面粗化、有无缓冲层下LED光提取效率的变化, 并对粗化微元结构和尺寸作了进一步选取与优化。研究结果表明:采用较厚的蓝宝石衬底和引入AlN缓冲层均有利于LED光提取效率的提高; 蓝宝石衬底双面粗化对提高光提取效率的效果要明显好于单面粗化; 表面粗化的结构和尺寸对光提取效率有较大影响, 当微元特征尺寸与微元间距相当时, 光提取效率较高。