在激光扫描投影校准过程中,激光投影的光斑大小直接影响校准精度,进而影响投影系统的投影精度。为达到激光投影扫描系统对精度的要求,提出了一种能提高激光扫描投影精度的方法,即采用固定倍率准直扩束镜组和动态聚焦镜组相结合的方式,在减小激光束发散角和激光投影光斑的同时,使投影系统在投影工作距离上具有足够的焦深,以获得较大的激光能量密度,进而实现平场聚焦。利用ZEMAX光学设计软件进行了仿真并通过实验进行了验证,在4~5 m的工作距离上,激光束经过固定倍率准直扩束镜组及动态聚焦镜组后,有效减小了激光束发散角及投影光斑大小,提高了目标定位点上投影光斑的能量密度,最终使激光扫描投影系统满足了对投影精度的要求。

利用差频干涉原理设计了基于迈克尔逊干涉仪的激光雷达测距系统,该系统配合轴角编码器,可实现三维形貌测量.介绍了激光雷达发射系统和接收系统的设计,发射系统根据高斯光束准直理论,确定光学系统的相关参数,设计了可用于2 m~18 m范围内的激光测距系统,同时利用Zemax的宏语言编程,绘制出变倍曲线.接收系统根据激光雷达测距方程,确定目标的相关参数,以获取最大的回波能量,并通过光学系统将回波光束耦合进光纤.该系统实现了发射、接收共光路,可用于轨道客车的子弹头面型的非接触测量及其他复杂的三维面型,具有测量速度快、精度高的特点,有着很广阔的发展前景.

激光准直扩束系统可应用在激光测距，激光切割，空间光学激光干涉仪等各个领域。其主要作用是通过改善激光束的空间发散角，提高光束的准直性，使激光束达到对孔径的要求。基于无焦变倍原理运用Zemax软件模拟设计了一激光准直扩束系统，入射激光波长为1064 nm，发散角小于5 mrad，入射直径为1 mm，准直扩束系统的扩束比4~24倍连续可调，可实现压缩光束的发散角(出射光发散角可压缩至0.208 mrad)，扩大光斑尺寸，达到对激光准直和扩束的目的。不同倍率下波像差最大均方根(RMS)值为0.1769 λ，均小于λ/4 ，满足像质评价要求。此设计结构简单，易于加工装调，具有较高的实际应用价值。

针对光学相关器的技术指标，对其光学系统进行小型化设计。傅里叶透镜组与准直扩束系统均采用摄远型式结构，在满足其长焦距的前提下缩短了系统的光学筒长；采用直角反射棱镜折叠空间光路充分利用空间，使系统布局更紧凑；利用计算机辅助设计软件ZEMAX对光学系统结构进行优化，最后研制出的小型化透射式光学相关器总长在150 mm以内，总宽在130 mm以内，实现了小型化目的。改进后的光学系统结构为双光路处理结构，具有实时性强的优点。经实验验证，该装置具有较好的相关探测性能，并且噪声小、探测精度高。

一般动态聚焦打标机在聚焦镜前加一套准直扩束系统，随扫描振镜的转动，同步调整准直扩束系统的位置，使激光束始终聚焦在打标平面上。但对更大幅面，聚焦效果不够理想，边缘部分比较模糊。为了适应更大幅面的打标，在原准直扩束系统的基础上，设计了动态准直扩束系统，通过优化设计准直扩束系统的运动轨迹，进一步提高了聚焦性能。经优化后的聚焦指标性能提高了20%，实现了小光斑、大范围的激光打标。同时利用多项式对扩束镜的轨迹进行拟合，提高打标速度，并利用分段线性插值查找表的方法对边缘部分的枕形失真进行校正。经装机测试，该系统打标效果好，能满足使用要求。

为使无线光通信中准直扩束光学系统控制简单、容易实现，针对体积惯量较小的光学元件，提出一种闭环光路模式下的准直扩束光学系统自动控制装置设计方案。借鉴反馈控制技术，由脉冲激光控制信号实现光路的闭环反馈。并结合单片机和光电检测技术，给出其硬件和软件设计方案。该装置包括单片机控制、步进电机组、光电检测和反馈收发系统等，通过控制协议和各软件功能模块的调用，实现无线光通信中准直扩束系统的自动控制。实验表明，该装置较好地达到激光准直扩束镜头连续变焦的自控功效，具有运行平稳和控制可靠的优点，对研究无线光通信的光路对准具有较高的实际参考价值。

论述了液压油污染颗粒光电检测系统的原理及结构。该系统以面阵CCD作为被测污染颗粒边缘图像的探测器件，采用激光准直扩束技术和计算机数字图像处理技术，运用最佳阈值分割和轮廓提取相结合的图像数据处理方法，实现了油液污染颗粒图像边缘的精确检测。利用该系统对实际液压油进行了实验，证明了系统的实用性和实效性。

以往联合变换相关器的光学系统结构是一支光路反馈,实时性差且体积大.针对其缺点,设计了一种具有双光路的联合变换相关器.其中,最主要的特点是傅里叶透镜组与准直扩束系统共用同一片正透镜.改进后的装置可以清晰地探测到相关点,并具有体积小的特点.

通过建立非理想准直光束残余高斯特征的功率密度模型,阐述了光束准直效果与功率密度的关系,借助光束通光比例系数对直写光斑强度分布影响的分析,以光斑主瓣、旁瓣的强度和宽度为主要特征,讨论了直写光斑强度及强度分布与光束准直效果的变化规律,确定了合理选取激光直写系统中准直扩束比例系数的原则。通过仿真不仅系统阐述了理想准直光束与非理想准直光束所形成的直写光斑形状的差异,还描述了理想准直光束近似计算光斑强度分布时的误差形式,这一结论为激光直写机准直系统设计提供了理论依据。