基于光学系统对跟踪探测的影响,结合仪器功能,提出了一种基于胶合透镜减小跟踪偏移量的方法,实现了对飞秒激光跟踪仪跟踪光路的优化;改进了准直扩束光路,细化了光学系统,分析了优化后光学系统在接收功率和杂光方面对跟踪探测的影响机理。基于优化的光学系统设计,搭建实验系统进行了探测实验。实验结果表明,补偿后的跟踪探测精度可达3 μm,这满足仪器精密跟踪要求。

通过计算机仿真技术，针对不同的光路分布结构进行了气体浓度场二维分布重建模拟，研究了光路的分布与重建精度的联系。并通过计算归一化平均绝对距离判据比较不同光路分布下的重建精度，得到重建精度较高的光路分布形式。结果表明，在光路数量较少的情况下，提高光路的利用率可以提高重建精度。通过计算评估优化后的光路分布下的重建精度，验证了结论的正确性。

根据传统轴棱锥法产生Bessel光束的原理和凹透镜的几何光学效应, 设计并模拟了一套提高Bessel光无衍射距离的光学系统。利用凹透镜的发散特性, 将其分别放置在轴棱锥的前方与后方, 使用Math CAD软件进行模拟并与传统轴棱锥法进行比较, 得出结论: 在轴棱锥前方放置凹透镜使Bessel光的无衍射距离从244 mm增大至638 mm, 同时增大中心光斑半径。在轴棱锥后方放置凹透镜使Bessel光的无衍射距离从244 mm增大至406 mm。使用He-Ne激光作为光源进行实验验证, 实验结果与理论分析及仿真模拟基本一致。可根据实际要求选择凹透镜的曲率半径和位置, 得到无衍射距离较大、质量较高的Bessel光束。

详细叙述了共焦技术中的横向扫描技术,介绍了基于数字微镜(DMD)的共焦显微镜结构与原理,建立了基于DMD的并行检测系统,并且进行了光路的优化设计。实验结果表明,采用传统共焦显微镜光路时,光线出射分光棱镜时存在棱镜内表面反射问题,导致DMD上同一像素块在CCD上成两个像。在此分析了上述现象产生的原理,给出了解决此问题的方法。