在基于保偏光纤的非通视方位传递系统中，针对经保偏光纤传输后出射光束直径太小的问题，可以引入扩束系统进行解决。透镜对偏振传输影响的研究是引入扩束系统的关键，但相关研究主要集中在对入射光不同偏振态单一因素的讨论。因此，以伽利略扩束系统为例，详细分析了透镜中偏振传输的过程，推导了含透镜参数的偏转角公式，仿真了透镜参数对偏转角的影响，最后验证了理论与实验结果的一致性。结果表明：透镜参数对偏振传输的影响使偏振方位角发生偏转，其中曲率半径与偏转角成反比关系；中心厚度与偏转角成线性关系；折射率和光斑半径与偏转角均成平方关系。该研究结果对在基于保偏光纤的非通视方位传递系统中引入扩束系统具有一定的指导意义。

通过弹性力学对自由边界条件下的矩形薄板结构进行理论分析，建立了薄板结构的几何、物理及平衡方程。通过分析薄板纯弯曲情况，求得其挠度曲线函数表达式。运用COMSOL软件对基于压电陶瓷(PZT)材料的方形薄板在该条件下进行仿真分析，并通过参数辨识对仿真与理论进行曲线拟合，验证了理论与仿真的一致性。通过实验测试验证了仿真数据的真实性，并在此基础上解出方形薄板的偏转角度，实现了薄板在激光通信领域中对光束的偏转，进而达到精确控制光束偏转角度的功能。

为了对小尺寸抛物面反射镜进行质量检测, 采用平行光聚焦的方法测量焦距, 旋转被测反射镜的方法测量偏心角, 再结合图像处理的方法测量弥散斑大小, 并提出了一种减小测量误差的方法; 对这些测量方法进行了理论分析和实验验证, 得到了待测反射镜的焦距、偏心角和弥散斑大小。结果表明, 焦距的相对误差在0.1%以内, 偏心角误差在7%以内, 弥散斑大小小于0.2mm, 测量结果可靠。该方案设计为其它小口径的非球面的检测提供了很好的思路, 并且为减小测量误差、提高测量精度提供了很好的研究方法。

设计了一种适合集成的基于介质超表面的透射式光束偏转器, 可在1 550 nm附近的红外波段实现大角度偏转, 同时具有宽光谱、高效率的优势。根据广义斯涅尔定律设计并优化了光束偏转器的结构, 由横截面为梯形的非晶硅纳米柱周期性排列在石英玻璃衬底上构成, 相比于传统超表面采用多个纳米柱实现离散的相位梯度, 梯形纳米柱形成的连续相位梯度可以获得更好的偏转特性。利用时域有限差分算法对光束偏转器的效率、偏转角、宽光谱和入射角度依赖性等性能进行了仿真分析, 采用电子束光刻等工艺制备加工出上述器件并进行了测试。仿真结果表明: 偏转器在1 350~1 650 nm波段均具备良好的偏转特性, 平均透射率高于87%, 平均偏转率为81%; 器件在1 550 nm处实现了42.8°的大偏转角, 透射率为84%, 偏转率为80%, 且允许入射角度在-10°~5°变化。实验测试结果表明: 对于1 550 nm波长, 光束偏转角度在41°附近, 器件透射率约为76%, 约35%的入射光偏转到目标角度。上述方案为近红外超表面器件的设计提供了新的思路, 实现了效率、偏转角和适用波长的优化, 透射式光路更加适合集成, 应用潜力更大。

描述了一种应用于微小型光学导引头视场下偏角标定的方法,通过获得导引头绕自身回转轴线转动时拍摄的固定靶标图像计算不同旋转角度时导引头中心视线落点和摄像机坐标系原点在世界坐标系下的坐标,以拟合获得的这2组点的分布建立空间几何关系进而得出下偏角。给出了3组实验数据,分别检验该方法的标定误差、实际所需的采样点数并给出了实际工作中的应用效果。实验表明该方法可以快速标定导引头系统的下偏角,其标定绝对误差小于0.10°。

通过光学建模软件Light Tools设计了一款适用于机器视觉的自带角度偏折的发光二极管 (LED)聚光透镜, 材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。首先根据所需工作距离和照明尺寸建立LED模型, 然后建立投射曲面加全反射曲面的组合透镜模型,建立照度网格优化函数得到目标区域范围内的均匀照明;最后根据折射定律,对透镜进行倾斜角度的切割,以满足其对角度的要求。整个透镜结构简洁, 均匀性好, 易实现加工要求,满足机器视觉领域中对角度偏折的要求。

为满足导弹的末端落角约束要求, 提高毁伤效能, 基于有限时间控制和终端滑模控制理论, 提出了一种带落角约束的滑模导引律。该导引律选取终端滑模面, 包含弹目相对速度偏角和落角约束项, 采用快速幂次趋近律, 可实现制导系统状态的有限时间收敛, 满足命中精度和落角约束的要求。运用有限时间控制理论对该导引律进行了分析, 证明了制导系统状态的有限时间收敛特性, 并给出了收敛时间的具体表达形式。最后, 进行了对比仿真分析, 仿真结果验证了该导引律的有效性、鲁棒性和优越性。

针对传统数字散斑干涉难以实现简便快速的动态测量的问题, 本文提出一种基于偏转角的空间载波相位检测技术。该方法根据散斑干涉测量中反射镜的偏转实现空间载波, 物光与偏转参考光干涉形成干涉光场, 记录了载波信息。干涉光照射到CCD 靶面, 采用CCD 阵列上相邻三个像素计算得到光干涉场的相位信息, 从而通过单幅散斑干涉图像解算光干涉场的相位信息。实验结果表明, 与传统的相位检测技术相比节省了测量和计算时间, 简化了测量系统结构, 算法相对简单, 达到快速相位检测的目的。

通过测量晶体全口径正交偏振透射波前的干涉数据，建立了计算KDP晶体最佳偏转角的理论模型，并通过实验验证了理论的正确性和有效性。在探针激光工作稳定及环境温度稳定的情况下，理论预测值与实验结果的变化趋势相同，且差值在10.0 μrad以内。分析了影响测量精度的各种因素，找出了理论预估值与实验结果产生差异的主要原因。由单点模型推广建立了全口径KDP晶体最佳偏转角的计算模型，并且数值模拟了KDP晶体折射率不均匀性对晶体全口径最佳入射角和转换效率产生的影响。得到的结果为工程上实现大口径KDP晶体精密装校提供了理论指导。

针对微结构的偏转角度测试需求, 设计并搭建了一套基于显微光杠杆技术的角度测量系统。该系统将光杠杆光路与无限共轭显微光路相结合, 所得聚焦光斑直径小于10μm; 采用电流模式电路处理四象限探测器输出信号, 系统理论带宽超过5MHz; 系统对微结构的转角测量分辨力和理论量程分别可达1.2″和±4°。利用该系统测量了原子力显微镜微悬臂梁探针在步进载荷下的偏转情况, 测量结果与铁摩辛柯梁理论计算一致, 验证了系统的可靠性。