研制基于楔板型分束镜的可见-红外光同步成像望远镜系统，通过优化设计分束镜楔角，抑制反射可见光鬼像产生，校正透射红外波段像差，实现对可见光波段与红外波段同时成像。对望远镜系统进行像质检测，主次镜系统RMS为0.093λ（λ=6328nm），可见光支路RMS达到0.120λ，红外光路成像质量满足要求。该系统采用卡塞格林共光路，用楔形板实现对可见光到中红外波段光线同步成像，使得宽波段望远镜设计更加轻便的同时提升装置成像性能。

设计了一种改进型激光三角测头, 在传统直射式激光三角测距方法的基础上, 提出了一种新型单透镜设计理念。以普通直射式激光三角法为基础, 对该光路进行改进, 在光学系统中使用一个分束镜来取代传统激光三角测头的聚焦透镜和成像透镜, 令其与聚光透镜和光电探测器共轴, 使系统的结构更加紧凑, 并推导了满足该结构的Scheimpflug条件。同时利用Zemax光学设计软件仿真光学系统, 系统入瞳直径4 mm, 焦距20 mm, 总长20.5 mm, 满足测量系统的小型化。当与合适的光源和探测器配合使用时, 能够在保证较高测量精度的前提下获得更大的工作范围, 提高测量系统的环境适应性, 可广泛应用于工业实时在线检测以及**领域。

设计和制备了一种用于1064 nm分振幅光偏振测量仪(DOAP)的具有多层介质薄膜结构的差分相移分束镜。通过理论分析该DOAP系统的仪器矩阵参数, 得到分束镜的最优参数, 并用离子束溅射沉积方法制备了分束镜样品及其背面的减反射膜, 其实测结果与设计值吻合较好。与单层薄膜分束镜相比, 多层介质薄膜分束镜不受基板、膜层材料, 以及入射角和工作波长的限制, 具有更广泛的应用。

分析了双通道投影系统光路，介绍了准直投影光学系统的设计。此投影系统由目标源和干扰源2个通道组成，2个通道共用一个光学系统。光学系统采用二次成像结构来满足外形及质量的要求，在光学系统的最后一面和焦平面之间插入分束镜来引入目标源通道，并通过减小分束镜的厚度来控制干扰源通道的像差。光学系统工作波段为8 μm～12μm , 焦距315.69 mm，视场8.5°，入瞳距900 mm，最后的像质表明此光学系统能够满足使用要求。

以 ZnSe为基底设计了一种宽带红外分束镜, 透射和反射比为 50/50, 工作波长可达到 3～13 μm, 工艺实现采用了电子束蒸发物理气相沉积的方法, 薄膜材料仅含有 ZnSe和 Ge。利用了 Spectrum GX红外傅立叶变换光谱仪对该分束镜的透过率进行测量, 测试结果表明该分束镜的平均透过率约为 50%, 具有宽带的分束特性, 与设计结果基本相符。环境测试表明：薄膜具有良好的稳定性和牢固度。该分束器可以应用于可靠性要求比较高的环境中。

为了研究应力对薄膜偏振分束镜性能的影响和减少应力的方法，通过在镀制分光膜之前预镀Al2O3过渡层，镀制过程中提高真空度、升高基底温度、减慢薄膜沉积速率，以及封装过程中采用光学光敏胶紫外光照射快速凝固法来减少薄膜应力。利用CCD采集了工艺改进前后薄膜偏振分束镜反射光和透射光的光斑图像，利用消光比测试系统测量了工艺改进前后薄膜偏振分束镜反射光和透射光的消光比。结果表明,改进工艺后反射光和透射光的光斑能量更加集中，散斑现象变小；反射光和透射光的消光比特性明显提高。由此可见，通过改进镀制工艺和封装工艺可以使薄膜偏振分束镜的指标达到使用要求。

为了研究入射角对对称膜系薄膜偏光分束镜性能的影响，从等效膜层理论和截止带理论出发，采用图像法分析了分光光谱带宽和透过率随入射角的变化趋势和原因。利用UV3101-PC分光光度计测量了(LHL)^N膜系偏光分束镜在不同入射角下的透射分光光谱，实验结果与理论分析一致。结果表明，分光光谱带宽和入射角存在直接联系，分光光谱带宽随入射角的增大先变宽后变窄，存在一个带宽最大值，以带宽最大值对应的入射角为基点，减小入射角时，分光光谱带宽向长波段漂移并且出现凹陷；增大入射角时，分光光谱向短波段漂移。这些结果对优化对称膜系薄膜偏光分束镜有一定的参考价值。

为了设计制作1/4规整膜系的高性能薄膜偏光分束镜,根据三层对称膜系结构的等效膜层理论和截止带理论,设计了两种对称膜系结构的偏光分束镜。利用TFCalc薄膜软件对两种膜系结构偏光分束镜的分光光谱特性进行了模拟。利用电子枪蒸镀法分别制备了两种膜系结构的偏光分束镜(580-780 nm),并利用分光光度计和搭建的消光比测试系统,对两种膜系结构偏光分束镜的透射率和消光比进行了测试。结果表明,两种膜系结构的偏光分束镜在设计分光光谱范围内透射率可以达到90%以上,消光比优于3×10-3,与理论设计吻合得很好。

为获得高功率和高亮度光纤激光输出,设计了利用一块45°半透半反分束镜作为干涉元件,构建迈氏腔结构,使两路光纤激光器在输出端相干相长,从而实现相干合成输出的方案。从理论上分析了此方案的锁相机理,并在实验中成功实现了两路光纤激光器的相位锁定,使合成输出激光在自由空间传播,获得了功率约为360 mW的相干合成激光输出,功率合成效率约为73%,合成输出后的激光束在轴上光强获得了大幅度提高。本方案结构简单,利用了光纤耦合器干涉锁相的原理,但却避免了光纤耦合器承受功率低的缺点,所有元件均可承受高功率,因此可实现更高功率的相干合成激光输出,是一种有前途的高功率光纤激光器相干合成方案。

在传统遗传算法(GA)基础上，通过引入标准偏差函数构造了新的适应度函数，同时提出了一种自动降温的方法来控制退火选择策略中的温度。将这种改进的实数编码遗传算法(FGA)和单纯型算法(SA)有机结合起来，形成了新的膜系优化算法－实数编码遗传和单纯形混合算法，并编制了优化程序。实例表明该算法优化性能优越，既具有强大全局搜索能力，又能很好地实现局部搜索功能。用该算法实现了中心波长534 nm，带宽35 nm的可见光波段凹陷滤波器和高性能中性分束镜。