为了优化对大口径激光探测组件灵敏度、角度参数等特性的测量能力, 减小因高斯光束光强分布中间强、边缘弱的特点造成的测量值差异, 基于小口径非球面镜组光束整形及高倍率扩束技术, 设计了大口径均匀激光光束产生装置,提出了基于光强分布、非球面镜非球面度、光线光程差的综合优化整形方法。 结果表明, 设计的开普勒型非球面整形镜组非球面度小于20 μm, 工作束宽5 mm, 输出平顶光束均匀性为92.8%; 设计的40×高质量扩束系统, 与非球面镜组相匹配可实现2 m距离内150 mm口径均匀光束, 可获得优于94.2%的150 mm大口径均匀光束输出。该研究对激光测量与标定系统的工程化设计是有帮助的。

聚光系统的聚光效率和能量均匀性直接影响单位模组的发电效率。本文研究设计出高倍聚光模组系统, 该系统主要包括菲涅耳透镜和球冠平顶微棱镜。采用中心波长修正法进行菲涅耳透镜的设计, 并通过Zemax仿真模拟设计出球冠平顶微棱镜。最后通过Zemax模拟, 决定选取两侧面夹角α的角度为117°, 平顶到球面的间隔g为0.2 mm, 球冠平顶微棱镜的曲率半径R为10 mm。聚光系统整体的聚光效率达99.8%, 能量均匀度为0.812, 并进行实验验证, 得出实际聚光效率为83.1%。

在聚光光伏系统中，聚光光斑辐照度的不均匀性会降低光伏系统的光电转换效率，且会在光伏电池表面形成热斑效应，灼伤光伏电池。基于多焦点方法，设计了一种环形焦斑菲涅耳太阳能聚光镜，每环小透镜在焦平面上具有一个环面焦斑，且环面焦斑在接受面上均匀依次排列，实现均匀聚光。以口径400 mm，具有200环，焦斑半径20 mm，F数为0.8的圆状环面焦斑菲涅耳聚光器为实例，用TracePro模拟平行太阳光垂直照射下时的照度图，得到其理想光学效率为86.77%，光能均匀度为0.8，表明环状焦斑菲涅耳聚光器具有较高的光能利用率和照明均匀性。分析了焦斑均匀性与聚光器F数的关系，当F数一定时，焦斑均匀性随着聚光器口径的增大而逐渐降低。

针对激光光束的能量均匀化研究,先后出现了多种方法,基于“不等步长采样”原理设计了包含非球面镜的光学系统。首先从理论上分析了其可行性,然后对实际激光光束进行了能量均匀化的设计。模拟分析结果表明,出射光束发散度小于0.02°,照度均匀度达92.9%,证明了此方法的可行性。