研究了部分相干径向偏振旋转对称幂指数相位涡旋（RPEPV）光束，即径向偏振多高斯-谢尔模RPEPV光束的紧聚焦特性。首先，建立了部分相干径向偏振RPEPV 光束的理论模型，并基于Richards-Wolf矢量衍射积分理论，研究了部分相干径向偏振RPEPV光束通过高数值孔径物镜后的紧聚焦模型，推导了光束在焦平面的交叉谱密度函数。然后，数值研究和分析了聚焦场的光斑强度、相干度和偏振度的分布特点。研究结果表明，改变光束阶数、拓扑荷数、幂指数和相干宽度等参数，可以获得包括高斯状、平顶状和多边形在内的多种形状的焦斑分布。

在光学设计中，为了给光学系统的设计与优化提供更多的设计自由度，常常使用旋转对称非球面。旋转对称非球面的标准表达式通常为基准二次曲面与附加多项式的组合，附加多项式可以为偶次幂级数多项式、Zernike多项式和Q型多项式等。鉴于此，推导基准二次曲面和基于不同附加多项式的非球面的表达式，对各类旋转对称非球面的非球面系数和非球面表面斜率进行比较，利用设计实例来对比基于不同附加多项式的非球面在光学设计中的应用并指出各自的特点。结果表明，相比于其他非球面，基于Q型多项式的非球面能够更好地控制非球面的面型，优化效率更高。

现有的三维物体识别和位姿估计方法无法很好地用于散乱堆放物体的场景,尤其是有严重遮挡和混叠的场景。使用基于点对特征的点云匹配和位姿估计算法,针对工业环境中乱序物体的特点,进行了一系列改进,如场景点云法线方向一致性调整、抓取位姿筛选策略调整、旋转对称引起的角度偏差调整,以取得更理想的位姿估计结果。在仿真环境和真实场景下进行了一系列实验,实验结果表明,所采用的算法在乱序物体场景中的位姿估计效果比较理想。

光学自由曲面因其表面自由度较大, 可以针对性地提供或矫正不同的轴上或轴外像差, 同时满足现代光学系统高性能、轻量化和微型化的要求, 逐渐成为现代光学工程领域的热点。自由曲面的检测技术已经成为制约其应用的最重要因素, 而目前精密光学自由曲面的检测手段仍然沿用非球面检测方法。本文回顾了近年来的自由曲面检测发展历程, 对目前主流的非接触式检测方法(微透镜阵列法, 结构光三维检测法, 相干层析术, 干涉检测法)进行了重点介绍; 总结了非球面检测方法运用到自由曲面检测中的技术难点, 同时结合这些技术难点, 展望了自由曲面检测的未来发展新趋势, 主要集中在非旋转对称像差的动态补偿、分区域像差的回程误差校准及子孔径拼接技术。

设计了一种由六角形空气柱包层组成的C6v(六重旋转对称)全内反射型PCF(光子晶体光纤), 采用全矢量有限元法研究其基模色散, 数值研究结果表明, 在其他参数不变的情况下, 包层空气柱由圆形变成六角形后两基模偏振态会出现分离现象, 存在较大的模式双折射与较高的PMD(偏振模色散), 基模的波长色散在X偏振时与包层圆形空气柱时有相同的变化曲线, 说明包层空气柱形状对基模色散特性有较大影响。

由于飞机共形窗口形状非对称且常常相对于其后成像系统倾斜，使得结构最为简单的旋转对称固定校正器无法应用于飞机共形窗口的像差校正。为了最大程度简化飞机共形校正系统结构，提出了飞机共形窗口像差的二级静态校正，使得固定校正器能够应用于飞机共形窗口的像差校正。第一级静态校正，即通过某种静态校正手段首先校正共形窗口在0°沿轴瞬时扫描视场引入的非对称像差，为固定校正器的使用提供条件；从理论上证明了通过对飞机共形窗口内表面进行消像差设计，可以作为一种校正手段实现第一级静态校正。第二级静态校正，即使用固定校正器校正共形窗口引入的随扫描视场变化而变化的动态像差。阐明了飞机共形窗口像差的二级静态校正原理；基于该校正原理，给出了一个设计实例。

研究了超材料完美吸收器的旋转对称性对其吸收特性的影响.吸收器由金属颗粒/电介质/金属薄膜三层结构组成.以最上层是方形金属块为例，并通过在其y方向不同边沿处引入空气孔研究了四重、二重和非旋转对称吸收器的吸收特性.理论结果表明，当入射光偏振平行于x轴或y轴时,四重旋转对称结构有一个完全相同的吸收峰; 二重旋转对称结构吸收峰会在入射光偏振平行于x轴时劈裂成两个峰; 而无论入射光偏振平行于x轴或y轴，非旋转对称结构的吸收峰都会劈裂成两个峰.不同重数旋转对称性对吸收峰特性影响的结果将有助于设计新型的偏振无关的吸收器.

针对飞行破片动能测试，提出了一种采用光幕测试飞行破片动能的方法。该方法采用两台光幕靶测试飞过光幕的破片的速度，通过破片穿过光幕输出的波形提取体积信息，得到破片的穿靶质量，进而得到破片的动能。文中分析了光幕输出波形与破片体积关系的理论模型，采用3种典型的旋转对称形状物体仿真验证了理论模型，并研究了一种标定方法。实弹射击试验表明，所提方法可以测量旋转对称破片或弹丸的动能，测量精度满足靶场测试的要求。

为实现同步辐射用光学元件面形的绝对检测，发展了镜面旋转对称三平板检测法。该方法将菲佐干涉法检测到的波前函数关于y轴分解成镜面对称部分与镜面非对称部分，再利用N次旋转取平均值消除镜面非对称部分，从而通过计算获得待测平面的绝对面形分布。推导了镜面旋转对称法检测矩形平面镜面形的公式，应用该方法设计了高精度矩形平面镜的测试实验，并进行了误差分析。实验结果表明，与传统三平板绝对测量方法相比较，两种方法在高度轮廓误差和斜率误差方面的计算结果都符合较好，其对比后的残差均方根(RMS)值分别为λ/500(λ=632.8 nm)与0.93 μrad。

二维 SMS(多表面同时设计法 )设计能实现旋转对称的照明目标，但不能实现像矩形光斑配光要求的非旋转对称的照明目标，为此介绍了一种优化 LED照明的自由曲面透镜三维 SMS设计方法。通过研究三维 SMS方法的设计过程，详细分析了三维初始曲线的选取对于设计效果的影响：可以通过初始曲线的选取来使整个系统具有不同的性质，实现不同的设计要求。通过一个实例设计对三维 SMS方法进行说明，并且通过改变种子肋的选取来得到所需要的矩形照明光斑。结果表明：三维 SMS设计方法在实际 LED照明设计中光线的控制能力强，透镜结构紧凑、效率高，可实现特殊要求的非旋转对称照明目标。