针对飞秒激光逐点法制备的光纤布拉格光栅（FBG）损耗较大的问题，提出了一种基于小孔径光阑整形的低损耗飞秒光纤光栅制备方法。首先分析了孔径光阑限制下聚焦高斯光束焦场的能量分布，利用小孔径光阑整形获得了丝状焦场的孔径条件。利用小孔径光阑整形的飞秒激光刻写装置制备FBG，在光阑孔径由10 mm逐步降低至1 mm的过程中，光栅条纹形态由圆形过渡到丝状，丝状光栅条纹对入射光的散射更弱、耦合效率更高，使插入损耗由0.90 dB降低至0.11 dB，短波损耗由4.01 dB降低至0.35 dB。受包层模与纤芯模耦合的影响，短波损耗以振荡形式存在，实验验证了涂覆层和低反射率对振荡的抑制作用。

基于异形孔径光阑的成像系统像方光强分布计算对显微系统自动对焦、景深扩展等成像技术领域发展有极其重要的理论价值，而传统的菲涅耳衍射光强分布计算公式仅适用于轴对称孔径光阑，且在焦平面处光强分布的问题。利用标量衍射理论，通过结合频谱变换与正交分离，推导出适用于异形孔径形状、任意离焦量的像方空间光场强度分布数理关系式；并利用离散傅里叶变换原理，获得了基于异形孔径光阑的光学成像系统像方空间光强分布的数值计算表达式。在圆形孔径光阑、焦平面处，对获得的表达式与传统计算公式进行了对比计算与分析，两组计算结果完全一致。针对半圆形孔径光阑，在相同的系统参数下，在离焦量分别为0，4，8 μm三个像方位置处，数理模型理论计算的结果与实验测试结果基本一致。从而证明所推导数理模型的准确性，其可适用于任意形状的孔径光阑。

孔径光阑耦合技术是大功率光泵气体太赫兹激光器的一种常用谐振腔设计方法。在不考虑波导对腔内模式形成的影响下, 采用传输矩阵的特征向量法, 针对孔径光阑耦合太赫兹谐振腔的腔内本征模式以及输出光束特性进行了数值模拟, 得到了该种谐振腔在不同g参数下损耗最低的几种本征模式及其相应的衍射损耗; 采用衍射积分与矩阵光学结合的方法计算了孔径光阑输出太赫兹激光的光束特性, 得到不同本征模式的远场衍射光斑及发散角。研究工作为孔径光阑耦合的气体太赫兹激光器设计提供了理论参考。

为了找到更加精确的广角物镜系统像面相对照度计算方法，分析了现行像面照度公式成立条件的局限性，提出了基于孔径光阑约束模式的矢量光线追迹计算光通量的方法。通过矢量分析和推导，给出了孔径光阑约束的轴外视场光束在第一光学面上形成的照射区的特征点坐标及照射区面积表达式；依据朗伯体辐射条件和规律，从物镜系统物方着手，建立了两种共轭条件的物镜像面照度分析模型；针对具有物方大视场角特征的相似成像物镜系统和非相似成像物镜系统，分别推导出了像面照度及相对照度表达式；指出了光学设计过程中提高像面相对照度的基本策略。

基于潜望镜的基本原理,设计了一种用于教学训练的对有限远目标成像的潜望镜,该潜望镜是将投影仪投射出的有限远的模拟目标经物镜前组准直成平行光,再分别经物镜后组与转向透镜前组组成的望远系统、转向透镜后组与目镜组组成的望远系统传递到人眼,实现单双目变换、准双目观察、光学测距等功能。该系统视场光阑与孔径光阑重合并设置于转向透镜组之间的平行光路中。系统经仿真验证及像质分析证明,各项性能指标均满足设计要求。

运用矢量德拜衍射公式研究了线偏振异常空心高斯光束在大数值孔径光阑透镜后焦区的相位奇异特性。数值分析结果表明，焦区的电场和磁场分量相位奇异特性与截断参数和数值孔径有关。随着截断参数的逐渐变化，焦区的电场和磁场分量的相位奇点会有所移动、分裂和湮灭，且焦平面上的鞍点对和相位奇点对都会随着截断参数的增大而有所靠近，产生亚波长结构。伴随相位奇点，有鞍点的出现且和相位奇点有相似的变化规律，但鞍点对比相应相位奇点对先靠拢而消失。对于相同的截断参数，电场和磁场分量所对应的相位奇点分裂和湮灭所需的截断参数的临界值不同。用计算例对结果做了说明并做了比较。

一阶径向偏振光偏振态在光束截面呈中心对称分布。通常认为，径向偏振光聚焦时，焦点处光斑直径比空间偏振态均匀分布的光源，如线偏振光的光斑直径小，而且焦点光场具有很强的纵向分量。通过数值计算的方法对径向偏振光和线偏振光的聚焦光斑进行了研究，发现只有满足折射光线与光轴的夹角大于70°时，径向偏振光的聚焦光斑直径才会变得小于线偏振光聚焦光斑沿偏振方向的光斑直径，小于70°则相反。而线偏振光聚焦光斑垂直于偏振方向的直径始终小于径向偏振光聚焦光斑直径。另外，通过在光路中加入光阑的方法，可以进一步减小径向偏振光聚焦光斑的直径，同样的方法只能减小线偏振光聚焦光斑垂直于偏振方向的直径，而沿光偏振方向的光斑直径则不能减小。

根据辐射照度与面积的基本关系,采用平行等间隔的相同激光束相互重叠,形成空间均匀的照度区域,且覆盖孔径光阑.通过孔径光阑的辐射通量与辐射照度的比值即为孔径光阑的面积.对此方法进行了详细的理论分析并给出了实验结果,测得直径6 mm的光阑面积为28.663 mm2,测量不确定度达到3×10-4.这种方法比以往测量方法的优越之处在于可以直接测量孔径光阑的面积而不需要任何其它高精度参考光阑,并且可以用于测量任意形状的孔径光阑.

应用计算机技术进行数字图像处理其关键是要保证采集到的图像数据准确,利用CCD传感器进行图像的数据采集是常用的方法.本文介绍了基于CCD和金相显微镜相结合的金相组织数字化数据采集系统,并着重对采集系统中JX-4型金相显微镜的光学成像原理及其他器件的选取和光学接口的设计进行阐述.该系统体积小、成本低、速度快,采集的数据准确、可靠.该系统经过实际试验采集到的图片清晰,适用于计算机数字图像处理.

设计了一个简单的光电系统,测量了不同尺寸的双环光阑的光学传递函数,从中选出了最佳光阑。