采用一对圆锥镜作为整形器来产生准直平行的空心光束，并根据能量守恒定律得到了整形后空心光束的光强表达式，然后基于菲涅耳衍射积分公式仿真了该空心光束在自由空间不同传播距离处的衍射光斑及截面光强分布图，并计算得到了光束质量因子随截断直径与高斯光束半径的比值和遮拦比变化的关系曲线，为实际获得良好光束质量和整形器的设计提供依据。其次，对该系统进行了锥顶角一致性、偏心及倾斜误差对波面误差的影响分析，结果表明，对于同样大小的误差，设计锥顶角较大时得到的整形光束的波面误差较小，有利于增加加工和装调的容差范围，且装调中的偏心误差和倾斜误差具有一定的等效性，通过调整装调过程中的偏心方向和大小，可以在一定程度上抵消倾斜误差的影响，实现综合误差的互相抵消，为实际应用中的圆锥镜组整形器加工和装调提供有益参考。最后，对整形出的空心光束进行近、远场测量，结果表明实际所得到的光束质量因子符合理论计算结果。

为了提高激光周向探测中出射光场的均匀度，增加其有效作用区域，本文提出了一种采用圆锥型视场的前倾探测方案。基于六象限分区的布局方式，该系统利用非球面透镜对激光二极管的输出光束在子午和弧矢两个方向同时进行准直，通过鲍威尔棱镜实现弧矢方向扩束匀光，采用偏转棱镜保证光束前倾角为60°，并借助弧矢方向上的柱面镜进行完整的圆锥型视场拼接。在不同距离处的模拟仿真结果表明，系统在子午方向上出射视场角为±0.75°，在弧矢方向上可以覆盖360°视场完成周向探测。系统出射光场在四个目标平面上的照度均匀度均大于90%，能量利用率可达98%以上。该系统结构紧凑，整体仅由三片透镜构成，实现了一体化设计，为激光周向探测系统中的光学设计提供了参考。

基于局域表面等离子共振(Local Surface Plasmon Resonance,LSPR)原理, 本文利用有限元法研究了银圆锥纳米阵列共振波长的调控方法。使用COMSOL仿真软件模拟银圆锥纳米阵列表面附近的平均电场强度随入射光的变化, 结果表明其共振波长与阵列周期和环境折射率有关。圆锥阵列周期p的增加, 导致共振波长发生红移。两者间近似呈线性关系, 可根据有效波长理论拟合得到阵列周期与共振波长间的线性关系式: p=0.97λ+21.244。圆锥半径r和高度h的变化对共振波长无影响。周期p为560 nm时, r=120 nm, h=200 nm, 共振波长峰高达到最值。环境介质折射率增加导致共振波长红移, 峰高减小, 并且出现多个共振波峰。

飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，具有精准性、安全性和可重复性高等特点，近年来在角膜屈光手术中的应用日渐成熟。目前飞秒激光在角膜基质透镜取出术、穿透性角膜移植术、深板层角膜移植术和角膜基质环植入术中取得了良好疗效，为以往只能通过常规角膜交联和角膜移植手术进行治疗的进展期圆锥角膜提供了更多的治疗方法，包括飞秒激光辅助的囊袋内交联、角膜基质透镜植入和角膜基质环植入联合角膜交联等，克服了以往单纯手术方法只能改善视力或加固角膜的缺点，但同时存在因术中切换手术室增加感染可能、设备故障导致切割不完全、参数设置欠佳导致术中和术后出现并发症等风险。本文对飞秒激光在眼科特别是圆锥角膜治疗方面的最新应用和进展进行综述。

针对长焦相机标定技术瓶颈,提出了基于圆锥曲线和直线融合特征的长焦相机标定方法。揭示了长焦相机标定方程病态性的形成机理,基于射影变换交比不变、切点不变等特有性质设计了同心半圆弧平面模板,并结合归一化直线单应估计方法和分部正则估计理论,实现了长焦相机内外参数初值的高精度鲁棒求解。进一步考虑镜头畸变的影响,引入直线段积分距离测度,以模型直线至投影平面距离最小为目标函数,采用非线性迭代优化算法进行标定参数求解。仿真及实际实验结果显示,所提出的长焦相机标定方法正确有效,且相较于传统标定方法,标定精度和鲁棒性更优。

直角内圆锥面全反射镜激光谐振腔由于其特殊的结构，从而具有较好的抗失调特性。选择高功率横流CO2激光器作为数值模拟的模型，采用Fox-Li迭代法对此种谐振腔的输出光束模式进行了分析。当光束在直角内圆锥面全反射镜处发生翻转时，进行了简化计算。由于直角内圆锥面全反射镜会干扰光束的偏振态，所以采用一种矢量分析的方式对输出光束的模式进行了分析。研究发现当选取P光和S光的反射率相差超过3%时，此种谐振腔可得到偏振纯度为1的径向偏振光或角向偏振光。

飞行高度1000 m、飞行速度200 km/h的机载激光雷达（LiDAR）在测量海域的海底地形时，需要控制LiDAR中的二维振镜扫描系统，使激光脚点达到探测幅宽350 m以上、扫描网格点密度在1 spots/m²以上的圆锥扫描轨迹。根据二维振镜结构的特性，本文通过改进的Bresenham算法生成控制系统中步进电动机的触发信号，并对由二维振镜系统导致的光束横向偏移误差进行补偿，使扫描角误差降低至0.24 mrad以下。通过仿真实验验证了Bresenham算法可使机载LiDAR的二维振镜扫描系统达到水面激光脚点密度1~5.59 spots/m²和扫描角10°~60°的圆锥扫描，进一步证明了由算法导出的触发信号有效性。

为了形成带宽窄、品质因数Q高、选择性好的同轴布喇格反射器，提出一种倒圆锥型双重正弦同轴结构设计。基于耦合模式理论，在普通正弦槽结构的基础上，叠加刻蚀周期较小的辅助正弦分布，在导体内外壁上增加倒锥度，形成倒圆锥型双重正弦同轴布喇格结构。通过FORTRAN软件仿真得出，与普通正弦槽相比，倒圆锥型双重正弦同轴布喇格结构的工作模式和竞争模式的带宽更窄，品质因数Q得到提高，残余旁瓣现象得到抑制。同时，竞争模式的中心谐振频率点远离工作模式，带隙重叠进一步分离，频率选择性得到提高。该结构设计简单，方法合理，可以更好地分离工作模式和竞争模式，构建高品质因数Q、高功率的单一高次模谐振腔。