自发拉曼光谱检测具有宽光谱高分辨但信号较弱的特点，因此杂散光的影响不可忽视。针对自行设计的单细胞拉曼光谱仪光栅转动下系统杂散光产生的机理进行了研究，给出了杂散光抑制方法，特别是多重结构下消除杂散光光学陷阱的设计方法，通过TracePro软件仿真验证了其杂散光抑制的有效性，分析结果显示，杂散光抑制后不同波长处杂散辐射比降低了12%~47%，细胞拉曼光谱仪整体杂散光水平低于10^-6，经杂散光抑制后的光谱仪更加有利于微弱光信号的探测。

摇头丸、冰毒和海洛因等常见的毒品在特定波长激发下都可以发射荧光,但这些分子结构中的荧光基团数量较少或量子效率很低,当毒品的浓度较低时,荧光信号很弱,很难被检测到,从而限制了荧光光谱技术在毒检领域的应用。为了提高荧光光谱技术的灵敏度,从荧光信号的发散特性考虑,利用TracePro软件设计用于荧光信号收集的光路,这与传统的采用高功率激光器增加激发光能量和选用高灵敏探测器的解决方案不同;在光路中,选用抛物面型反射镜和菲涅耳透镜对不同发散角的荧光光束进行准直,采用平凸透镜和双凸透镜对光束进行缩束,采用特定尺寸的微透镜阵列对光束进行聚焦。对设计的光路进行仿真的结果表明:光路对荧光信号光的收集效率约为21.08%,比传统荧光收集光路的效率高6倍。所设计的光路可为改进本课题组已经开发的便携式高灵敏毒品荧光检测系统提供技术参考。

利用动态数据交换通信技术对Tracepro软件进行了二次开发。提出通过使用动态数据交换通信协议中的连接、发送、请求等通用方法, 实现二次开发软件传输脚本到Tracepro中仿真, 以及调取仿真结果返回二次开发软件的功能。在软件中可以实现模型自动生成、参数自动配置、自动仿真、优化分析等功能, 提高了设计效率。以设计LED杯型建模仿真软件的设计为例, 在软件中实现了与Tracepro交互, 完成了LED快速建模、设计及仿真。

为了设计更好的LED平板灯光学结构, 解决现存的直下式LED平板灯厚度大, 光源密度大的缺点, 提出了两种兼具反射、投射作用的混光元件结构：椎台结构和半球型结构, 并将其应用于超薄直下式LED平板灯的设计, 以增加光线的耦合距离来提高出光均匀度.借助Tracepro软件研究两种不同结构混光元件应用于LED平板灯时的出光均匀度和光效率, 运用Taguchi方法设计实验进行研究.结果表明, 带有棱锥型结构元件的灯具均匀度达到95.42%, 光效率达到92.72%, 而带半球型结构元件灯具均匀度达到97.67%, 光效率达到92.65%, 其均匀度高于棱锥结构的原因是棱锥形状混光元件反射面的定向反射导致光线方向过于集中.

作为一个微弱光信号探测系统, 拉曼光谱仪中的杂散光分析可以为其设计提供较大帮助。 针对微型拉曼光谱仪系统, 结合光学设计和三维建模优化了其光机结构, 系统分辨率为0.7 nm, 体积为110 mm×95 mm, 属便携式微型拉曼光谱仪, 并基于杂散光分析软件TracePro对系统进行了光线追迹和仿真分析。 首先通过优化孔径光阑初步抑制了入射处带来的杂散光, 然后针对系统内部的主要杂散光（光栅零级衍射光）抑制装置即光学陷阱进行了详细分析和设计改进, 改进后的光学陷阱较改进前更有效地利用了光谱仪内部空间, 且分析结果表明改进后的光学陷阱将杂散光线数量减少了50%, 杂散光归一化辐照度强度从10-5降低至10-7, 在微型化的同时可有效抑制微型拉曼光谱仪系统中的杂散光, 将更加有利于微弱信号的探测, 为微型拉曼光谱仪的设计和装调提供了参考。

针对侧入式LED平板灯出光效率低、导光板(LGP)制造成本高、设计流程繁琐等缺点设计了一种无导光板的LED平板灯。利用复合抛物面反光杯(CPC)将LED阵列发出的光束汇聚并投射在出光面板上, 并通过掠射和叠加的方法实现了出光面板的照度均匀性。进一步采用Taguchi实验方法进行设计, 并借助Tracepro软件仿真分析, 将影响该灯具最大照度和照度均匀度的因子进行研究与分析, 同时运用ANOVA理论分析出因子对品质的影响程度, 进而优化灯具的各项结构参数, 设计出一款均匀度95.87%、最大照度39 870 lx无导光板LED平板灯。结果表明: 该平板灯的效果达到甚至超过目前市面上的LED平板灯, 并且其无导光板的设计可以在很大程度上降低LED平板灯的生产成本; 此外, 将Taguchi方法引入平板灯的设计简化了设计流程。

针对集成成像3D显示观看视场范围小的问题和微透镜之间间隙的杂散光干扰导致的显示质量下降问题，提出了适合柔性显示及曲面显示器的曲面针孔/微透镜阵列结构.采用TracePro光学仿真软件对基于曲面针孔/微透镜阵列的集成成像3D显示的记录和重构过程进行仿真，结果显示：在记录和重构阶段，曲面针孔/微透镜阵列可以有效地减少透镜阵列之间杂散光引起的图像质量变差的问题；当记录和重构阶段均用曲面/针孔微透镜阵列时，记录三维物体的视角大，获得重构图像的视场角也相对较高.采用旋转接收屏法获取不同观看视角下的图像质量，当曲面针孔/微透镜阵列的曲面度数为30°时，重构图像质量最好.