在液晶电视显示模组中，多层背光膜片与像素面板均存在周期性结构，组合使用时会产生明显的莫尔条纹，这会严重影响显示效果。建立液晶显示（LCD）模组中莫尔条纹的理论模型，并进行仿真分析，以探寻减弱或消除莫尔条纹的方法具有重要的工程意义。基于Zemax建立双层棱状膜片莫尔条纹模型，并加入眼睛观测模型，以模拟人眼对LCD屏幕中莫尔条纹的观测效果。然后，在MATLAB中构建背光膜片与像素面板的理论模型，通过改变背光膜片和面板的周期尺寸、偏转角度等参数，模拟计算出莫尔条纹的尺寸和角度等参数，并综合考虑人眼观测确定莫尔条纹在显示中的影响。

为了适应当下网格化大气监测中低体积分数的SO2气体检测需要，针对紫外荧光法模块化应用的光路关键性问题，将物远心光学系统与双平凸组合光学系统相结合，应用于SO2检测模块的激发光路和采集光路上。采用多光学系统优势互补的方法，进行了理论分析和实验验证。通过模型的建立，分析了光路系统对反应室信噪比的影响，结合ZEMAX软件仿真、蒙特卡洛法公差评价分析与整个光学系统的间接实验验证，取得了该优化光路系统应用。结果表明，其仪器线性度的相关系数的平方能够达到0.9999。该光学系统具有较强的应用价值，能够为紫外荧光法模块化光路系统设计提供理论依据与实验数据支持。

为了实现二氧化硫分析仪精确连续地检测空气中低含量SO2，针对传统二氧化硫检测仪在荧光汇聚时存在光线汇聚效果弱、像差大且由于透镜的焦距长增大了荧光采集光路长度等问题，在传统仪器的基础上对荧光采集光路重新进行了设计优化。采用分解光焦度的方法改善系统的球差问题，进行了理论分析和实验验证。改进后对其进行ZEMAX仿真并运用正交法对新光路进行修正。通过仿真两种光路的非序列结构阴影模型图、探测查看器的光照图以及点列图，取得了光强以及光斑直径的实验数据。结果表明，优化后的光路系统峰辐强度达到了219.41W/cm2，弥散斑直径减少了17%。该方案能够有效解决传统光路中的不足之处，成像质量效果更佳。

为获取具有微米量级变化的蓝宝石基片的面形分布，采用斜入射法拓展数字干涉仪测量范围。根据斜入射测量原理，推导了斜入射角、平面面形偏差与系统波像差之间的关系。通过 Zemax构建了斜入射测量仿真光路，研究了面形偏差及入射角度对检测结果的影响。通过仿真实验得出最佳斜入射角度等关键参数，并在斐索干涉仪上测量了直径为 100 mm的蓝宝石基片，测量结果的 PV为 5.182 μm，RMS为 1.251 μm。研究了斜入射角对分辨率、灵敏度因子、条纹对比度的影响。研究表明，斜入射角为 70°时，适宜测量矢高值 ≤5 μm的蓝宝石基片，引入误差小于 0.1 μm，测量范围是正入射测量范围的 1.46倍，且能获得适宜的条纹对比度。

提出了一种基于双波长法补偿空气折射率的激光追踪测量系统的ZEMAX仿真分析方法。利用光学器件对偏振光的变换特性来建立系统的能量模型, 建立了基于ZEMAX软件的光学系统模型, 分析了光学系统中非理想的光学元件性能对干涉条纹对比度的影响。仿真分析结果表明, 当光学系统分光部分、追踪部分和接收部分的分光镜的分光比分别为2∶8、6∶4和5∶5时, 条纹对比度达到0.99, 光学系统的干涉效果最好。光学系统中的偏振分光镜在非理想条件下, 对干涉信号的条纹对比度的影响较小。

为满足精密测量领域精度高、可靠性强、实时性好的测量要求,提出一种基于Zemax仿真的激光追踪测量光学系统能量分析方法。根据激光追踪测量光学系统原理,建立激光追踪测量光学系统能量模型,利用Zemax仿真分析非理想光学元件对光学系统能量的影响。仿真结果表明,干涉分光镜的分光比为5∶5且追踪分光镜的分光比为7∶3时,四路干涉信号能量接近,条纹对比度达到0.89,干涉效果最好。偏振分光镜反射率在非理想条件下,四路干涉信号的条纹对比度会下降。偏振分光镜透射率在非理想条件下不影响四路干涉信号的条纹对比度。该研究对激光追踪测量系统的精度提升、可靠性评估、光学系统设计和光学元件选择具有指导意义。

利用光学设计软件ZEMAX模拟Wolter显微镜对点光源成像。在只考虑几何光学成像的条件下，分三种情况讨论：两曲面同轴共焦点，两曲面不同轴，两曲面同轴不共焦点，对点源通过Wolter系统成像分别进行了光线追踪模拟。通过模拟，定量给出了Wolter显微镜的焦深和景深，分析了处于不同视场点源所成的像，以及两个曲面不同轴时和不共焦点的情况下点源所成的像,得知Wolter显微镜对物像距的要求很严格，两曲面的不同轴度和两曲面的不共焦点对成像影响非常大，这些模拟结果为Wolter显微镜的成像分析提供了依据。

基于全息光学理论分析了全息光学元件的高斯成像性质, 包括光焦度、成像位置、衍射效率以及作为光纤光谱仪光栅元件的可行性, 并以全息光栅的成像理论以及光谱仪工作原理为基础, 设计了光谱仪器光学系统的各个参数, 通过Zemax软件的仿真、像质评价及优化, 得出最终的参数和模拟结果。所使用的全息光栅记录波长为575 nm, 记录光束之间的夹角为10°, 一束为平面波, 一束为球面波, 焦距40 mm,使用+1级衍射光, 光栅孔径为10 mm。光谱仪的工作波长范围为400 nm～800 nm, 体积140 mm*30 mm*40 mm, 谱面展宽29.1 mm。通过在光学平台上搭建光路, 利用已研发完成的电路系统及光谱仪软件, 针对汞灯光谱进行了试验, 光谱分辨率优于8 nm, 测量得到的汞灯光谱与标准汞灯光谱一致, 表明了所设计的基于全息元件的光纤光谱仪光学系统是可行的。

针对3种典型“Smile”形态的半导体激光阵列(LDA)如何装调快轴准直镜的问题, 开展“Smile”条件下快轴准直实验定量研究。利用光纤近场扫描法和最小二乘法获得LDA的“Smile”值, 采用Zemax非序列模式, 模拟“Smile”下LDA的快轴准直。结果表明, LDA的“Smile”大小及形态分布影响准直镜装调位置, 透镜光轴需要与LDA匹配, 否则会造成光束质量的劣化。这为实际掌握LDA的快轴准直安装提供一种思路, 为进一步集成高功率高光束质量的大功率半导体激光器提供了理论和实验基础。

双光栅干涉位移传感器拥有量程大、精度高等优点。文中详细阐述了传感器的测量原理，并对此理论原理进行ZEMAX软件仿真。与此同时，基于角谱理论推导得到干涉场中的光强分布。结果表明，激光通过双光栅后可以得到三角函数分布的干涉条纹，且双光栅相对移动一个光栅距离时条纹相应移动一个周期。最后分析了对双光栅传感器位移测量结果可能带来误差的因素，以及这些因素对测量结果的影响，文中给出了部分因素的误差表达式。