针对传统高功率光纤激光器焊接不稳定、飞溅量大、难以实现精密焊接的问题，设计了一种光斑可调的信号合束器，首次以50 μm/70 μm/600 μm/620 μm/660 μm大芯径环形双芯光纤作为输出光纤，基于光束非相干合成技术，通过RSoft软件对合束器进行了模拟仿真，分析了其模场变化情况，设计的合束器满足绝热拉锥以及亮度守恒两个原则，调控拉锥比（TR）使其可以实现中心和外环独立工作。采用套管法将7根25 μm/250 μm光纤耦合到一起形成熔锥光纤束，再将其与输出光纤进行熔接，制成了高功率大芯径环形光斑可调信号合束器。此光纤合束器的传输效率≥98%，中心光束质量因子（M²）仅为1.76，此时中心端口输出功率为3.036 kW。而后对合束器进行了耐环境测试，合束器在低温与高温下表现出的传输特性良好。将该光斑可调的环形光斑信号合束器应用到激光器中，通过调节中心和外环激光功率，可以在任何温度环境下实现超高速焊接，为激光复合焊接提供了一种新途径。

为保证电气电子设备在辐射抗扰度试验中状态传输的稳定性，设计并实现了适用于试验环境的光纤束监控系统。系统主要由物镜、光纤束、转接镜和电荷耦合器件等组件构成。通过Zemax光学仿真软件，结合光纤束参数设计并优化了监控系统的物镜。设计结果表明：物镜在空间频率36 lp/mm处，各视场光学调制传递函数值大于0.8，像面大小与光纤束尺寸匹配，满足像方远心光路要求。对加工的物镜进行性能测试，表明其技术指标与理论设计比较相符。采用搭建的光纤束监控系统进行成像试验，并运用高斯滤波算法进行去像素化处理，提高了监控系统的视频传输质量，辐射抗扰度试验表明此系统具有良好的抗电磁干扰能力。

研究了以大功率发光二极管(LED)作为光源的聚合物光纤束(POFB)透镜耦合器的原理和设计方法,基于能量补偿和坐标迭代法设计了一种能量均匀分布自由曲面透镜耦合器。透镜耦合器由两个折射曲面和两个反射曲面以及一个环形柱透镜面组成,折射曲面将修正的朗伯型大功率LED光束中发散角度较小的光线均匀分配在POFB端面上;反射曲面将LED光束中发散角度较大的光线作为补偿光线进行能量重新分配以提高目标面的照度均匀性,并以光纤束端面的照度均匀性和有效光利用率为优化目标对透镜耦合器结构进行优化设计。光学仿真结果表明,当采用3535规格的LED作为光源时,设计的耦合器可使直径为0.5 mm的20×20根POFB端面照度均匀性达到92%,有效光利用率达到71%。

为适应昼夜侦查、探测目标的需要，设计了可见与近红外双波段光纤内窥镜物镜。在分析其基本原理的基础上，采用反远距形式的像方远心光路结构作为初始结构，通过Zemax软件进行优化设计，给出了一个工作波长0.486 μm～0.656 μm/0.7 μm～1.1 μm,焦距1.21 mm/1.22 mm，F数为4，视场角为80°，光学长度为8.45 mm/8.47 mm的设计实例。传像束单丝直径16 μm，并按正方形排列，据此要求在31 lp/mm处评价像质。设计结果表明，系统满足像方远心光路要求，轴上和轴外像面照度均匀，该镜头可见光部分在31 lp/mm空间截止频率处MTF值超过0.81，近红外部分在31 lp/mm空间截止频率处MTF值超过0.80。该双波段内窥镜的设计在实现已有内窥镜功能的同时，又提升了探测范围和信息量，能够实现全天候的检测与侦查。

传像光纤束在通讯、医疗、**、光电探测等领域具有广泛的应用,光电系统与传像光纤束相结合可以简化系统设计,增加系统的灵活性。异型传像光纤束可以实现信号排列的传输变换,其中最常见的变换是图像重组,重组后的图像通过光电探测器将信号读出,送入后端信号处理系统获得目标信号。从空间应用红外光谱仪、高帧频火焰温度探测和光电成像探测三个系统中异型传像光纤束实际应用出发,对异型传像光纤束进行了简要的介绍。

作为现代遥感技术最重要的发展之一，光谱成像仪在**、地质、海洋、大气探测等各个领域都有着广泛的应用。然而传统的色散或者干涉光谱成像仪由于需要多次曝光来扫描数据立方体，并不适合于场景快速变换的情况。四维(4D)光纤视场合成光谱成像仪，一种将特制光纤束置于望远镜的像面并成线性排列输出到光谱仪的技术，使得光谱成像仪能够通过单次曝光便获取目标的数据立方体，从而具有观测高速目标和瞬变现象的能力。搭建了一套桌面实验系统，在可见光谱段获得4.2 nm的光谱分辨率，对彩色目标的成像效果良好。对光纤束排列误差进行了分析，并给出了校准方法。

针对推扫式红外遥感成像技术在高分辨对地观测领域的重要地位, 结合我国红外遥感技术发展现状和长线阵红外探测器技术水平, 研究了利用线面转换的异型红外光纤传像束线阵端实现推扫, 面阵端与成熟的小面阵红外探测器耦合以获得高分辨红外遥感图像的光纤传像系统.分析了该红外光纤传像系统前置物镜和耦接镜设计中的主要问题, 并针对一种入射端为4 000×6元线阵, 出射端为160×150元面阵的红外光纤传像束设计了前置物镜系统和后继耦接镜系统.引入平均传递函数的方法对整体光学系统的MTF进行了模拟评价, 模拟结果显示整体光学系统成像良好, 两系统的成像性能皆达到衍射极限, 满足光纤传像系统的特殊要求, 可为该类光纤传像系统的设计提供参考.

提出了一种基于光纤束的激光回波接收光学系统，该系统仅需一个直径为3 mm的光电探测器即可实现360°周视探测。系统由前置耦合光学系统、光纤传输束、后置聚焦光学系统三部分组成：8套耦合子系统将各子扇区光线耦合进光纤束中；光纤传输束作为集光装置，将8个矩形视场的入射光线转化为1个圆形视场的出射光线，从而解决非对称视场和圆形探测器的匹配问题；后置聚焦光学系统将光纤束的出射光线会聚在圆形探测器上。模拟计算得到各视场能量接收效率均达80%以上，中心和边缘视场差异不超过8%。结果表明：该系统探测距离长，各方向探测距离一致性好，而且仅需一个红外探测器实现无盲点周视探测，便于后续处理。