为了探究不同发光半角对圆形LED阵列辐照特性的影响, 利用单颗LED芯片的照度公式推导出圆形阵列的照度公式、光斑半径和发散角公式。使用Tracepro软件对不同发光半角的圆形LED阵列仿真并利用MATLAB进行函数数值拟合。结果表明: 在有效光斑区域下, 随着单颗LED发光半角的增大, 圆形阵列的中心照度值逐渐降低, 降低的速率近似线性增长; 光斑半径和发散角逐渐增大, 变化率先增大后减小。辐照均匀度随着单颗LED发光半角的增大而增大, 而后保持稳定, 单颗LED发光半角为60°时, 圆形阵列辐照均匀度最好, 且相同发光半角时接收面面积越小辐照均匀度越高。这些结论对实现圆形LED阵列照明设计提供了定量的参考和理论依据。

为了满足月球敏感器和导航敏感器对月球目标的观测需要, 设计了大口径高辐亮度月球模拟器, 其有效辐照面积为Φ2 000 mm.利用照明分析软件LightTools, 通过建模与追迹方法对模拟器的月相、辐亮度和均匀度进行设计、仿真和分析.设计月相目标与月球亮度控制系统, 对14种典型月相及其辐亮度进行实时控制, 提出LED灯阵的辐亮度修正方法提高系统均匀度.测试结果表明: 经过修正后, 模拟器的辐亮度均匀度优于15.7%.该模拟器可作为月球观测目标供敏感器识别.

针对当前太阳模拟器辐照均匀性难以提高的问题，设计了一种新型集束式光学积分器。在对称式光学积分器理论分析的基础上，介绍了集束式光学积分器的设计过程，用LightTools 软件对太阳模拟器光学系统进行模拟仿真。结果表明，使用集束式光学积分器后，太阳模拟器不均匀度显著降低，在Φ 50 mm 范围内小于0.2%，Φ (50~120) mm 范围内小于1.5%，满足高辐照均匀性的使用要求。

针对太阳模拟器设计和装调过程中光学积分器对辐照均匀性产生影响的问题, 在详细阐述光学积分器工作原理的基础上, 通过光学软件Zemax建立光学积分器成像模型, 利用模型具体分析和研究了积分器两透镜组对应元素透镜间的光轴一致性误差对辐照均匀性的影响, 并提出了消除光轴一致性误差的方法。通过实验验证了该方法的可行性与正确性。

太阳模拟器是聚光光伏(CPV)领域内对电池片、组件及系统进行在线检测的一种必不可少的光源设备,其要求辐照度大于800 W/m2,准直角度小,辐照度均匀,光谱接近AM1.5。要同时达到这些指标有一定的难度。通过分析实现既辐照均匀又辐照准直的太阳模拟器需要克服的因素,提出了一种太阳模拟器结构方案以满足上述要求。同时,配比不同焦距的准直透镜还可实现辐照面积可调。利用ZEMAX软件对该结构进行了仿真,验证了该方案的实现效果。

光学积分器是太阳模拟器实现均匀辐照的关键光学器件，介绍了光学积分器的组成及其工作原理，阐述了方位偏移误差和倾斜偏移误差对辐照均匀性的影响。根据光学积分器的工作原理，利用软件Lighttools将两种光轴一致性误差对辐照均匀性造成的影响进行了仿真分析。结合实验结果表明，倾斜偏移误差相对方位偏移误差对系统辐照均匀性的影响更为严重。分析光轴一致性误差，可为光学积分器微调机构的设计和实际装调太阳模拟器提供理论依据。

在神光II九路装置上，利用谱色散匀滑(SSD)技术结合分布式相位板(DPP)技术，研究了激光焦斑在一维、二维谱色散匀滑下的分布。结果表明，一维谱色散匀滑使焦斑的焦斑通量对比度由0.7634[均方根（RMS）]下降到0.3685（RMS），结合二维匀滑下降到0.2638（RMS）；并结合各种评价方法对焦斑进行分析。实验为谱色散匀滑技术在神光II在线应用提供了参考。

通过对分布式相位板和光谱色散匀滑技术联用的模拟计算，分析了联用实验中焦斑的变化，论证了非设计采样点光强的不可控性对焦斑匀滑质量的损害。模拟结果证实了光谱色散匀滑技术对色散方向上的焦斑均匀性的改善，焦斑不均匀性由58.30%降为19.50%。通过分析焦斑不均匀性与光谱色散匀滑积分时间的关系，发现5~6个光谱色散匀滑调制周期时得到最优匀滑效果。对焦斑频谱的分析显示，光谱色散匀滑技术可以有效抑制由非设计采样点光强引入的高频成分，26.3 μm内的光强调制被平滑，同时很好地保持了由分布式相位板决定的焦斑低频包络，在实验与模拟中均得到很好验证。为进一步的分布式相位板与光谱色散匀滑技术联用设计提供了理论依据。