为了将光纤束端头发光应用于均匀照明场景,设计了一种基于光纤照明技术的光纤端头灯并制作了样灯模型。基于光纤导光特性设计LED光源与光纤束的耦合装置,通过公差分析得到代数多项式拟合配光曲线的最佳拟合阶次为10;并结合裁剪法设计光纤束端头的配光透镜,将光纤束与透镜进行装配得到灯具。仿真得到灯具在300 mm远接收平面上的光斑垂直照度均匀度为90.99%,水平照度均匀度为89.59%,耦合装置的耦合效率为87%。最后经过误差实验分析得到系统的最佳耦合距离为2 mm,透镜与发光端面的距离为50 mm,灯具的实际光斑照度均匀度为81.54%。理论和实验结果表明光学透镜明显改善了光纤端头光束的发散特性和均匀性,该光纤端头灯设计方案为将光纤端头发光应用于均匀照明设计提供了一种可行方案。

光纤照明用LED光源耦合装置多采用透镜组,其汇聚光斑小,但透镜组光能损失大。针对LED光源发光特性及聚合物光纤孔径大的特点,提出LED灯珠侧式安装和反射器切割移位优化法,设计一种基于椭圆反射器的光纤照明用LED耦合装置。运用John OFarrell的逼近算法计算出不同偏心率的椭圆反射器结构参数,结合光纤光学参数仿真比较耦合光效,得到一组偏心率和光纤直径匹配的高效耦合装置结构参数,并运用该方法设计了一款光纤直径10 mm、数值孔径0.5的光纤照明用LED耦合装置,其理想耦合光效达93.35%。

为增大激光器输出功率,实现中厚度板的激光焊接,研制了一套YAG激光耦合装置。利用非相干合成技术将三束激光合成为一束大功率激光,再通过耦合技术经由一根光纤输出。对耦合装置的焊接性能进行测试表明,与单束激光源相比,该装置可使焊接材料厚度大幅度增加,提高了加工效率。

研究用于飞行器等动态基座航向角校准的大范围、中高精度航向角度测量系统。系统采用2个面阵电荷耦合装置（CCD）检测反射光斑的相对位置，实时测定动态基座航向角，为避免基座晃动的影响，提出了角锥棱镜反射测量方法并设计了整套光路，所需元件少，结构简单，光路调谐简便，适合空中作业。根据预估参数搭建了实验系统，对面阵CCD传感器的检测信号进行阈值分割处理后，采用重心亚像素检测方法，定位精度达到0.4像元大小，航向角度测量不受基座晃动影响，测量精度优于1′，测量范围满足±10°，为应用于外场实验打下了基础。