基于单光子雪崩二极管(Single-photon avalanched diode，SPAD)阵列探测器的激光雷达系统具有单光子探测灵敏度、高时间分辨率及探测速率快等优点，在遥感测绘、目标识别和航天器着陆等领域具有广泛的应用前景。受限于当前SPAD阵列器件的较小像素规模和普遍存在的热像素等缺点，直接采用SPAD阵列所获取的三维图像质量差且成像范围小。提出了一种基于像素复用的SPAD阵列连续扫描三维成像方法以扩展成像范围，同时通过像素信息复用增加同一目标点的累积探测次数，以提高距离测量精度和三维成像质量。基于32×32规模SPAD阵列搭建了推扫式三维成像实验系统，通过对3.3 m外目标进行一维连续扫描成像实验，利用所提方法实现了快速大范围的光子计数三维成像(32×520/7 s)，同时有效改善了热像素对成像结果的影响，三维图像的平面精度达2.3 mm。

为解决现今激光制导**指示器指示效率低下、单次指示集群目标能力差等问题,从光束偏转控制和光束角度放大技术的原理出发,以液晶相控阵和多路复用体全息光栅为控件,设计了可用于多目标指示的大角度激光光束偏转控制系统;分析了影响液晶相控阵光束偏转特性的参数的选取规则,确定了大角度光束偏转系统的设计方法,模拟了激光多目标指示系统的指示过程,并对系统误差来源和误差修正方法进行了理论分析和仿真。结果表明:该系统可以快速地对光束实现最大偏转角度为15.63°的二维准连续、可编程控制的偏转;误差修正方法可有效提高激光光束的指示精度,使误差角度下降50%左右。所提出的激光多目标指示系统的设想,可实现对二维平面内多目标的准连续、准同时的精确指示,可为激光多目标指示器的设计提供参考。

设计了一种可实现收发一体连续扫描的微透镜阵列, 该三片式微透镜阵列以加入场镜的开普勒望远结构为原型, 通过微透镜阵列之间的微小横向位移进行接收视场的选择与发射光线的同步偏转, 完成扫描光学系统对大视场区域的光束收发。设计约束望远镜的视觉放大率为1, 即入射和出射端口的微单元通光孔径相等, 从而实现收发共用且不会造成能量损失和串扰。利用ZEMAX光学设计软件, 采用发射、接收端口单独设计然后拼接的方法搭建模型。微透镜阵列工作中心波长为1 064 nm, 凝视视场为±1.06°, 扫描视场为±10°, 单元规格为1 mm×1 mm, 且只需移动一片即可实现双向扫描, 具有体积小、扫描角度大、灵敏度高等优点。

研制了一套用于面阵探测器360°连续扫描成像的红外光学系统。该光学系统包含了一个无光焦度的望远镜、一个方位补偿摆镜及一个二次成像物镜，采用了制冷型面阵红外探测器。引入了方位补偿摆镜，按二倍角关系朝相反方向摆动，解决了面阵探测器连续扫描中的成像拖尾与模糊问题。采用了像方扫描方式，使得摆镜通光尺寸由物方扫描的大约40 mm×220 mm缩减至目前14 mm×22 mm，摆镜质量减轻了95%以上，摆动频率可达100 Hz，使系统可在1 s内完成对360°方位的扫描成像。系统结构简洁紧凑，共由八片透镜以及一片反射镜组成，像质接近衍射限。实验室测试结果表明：方位补偿摆镜固定时，对小圆靶成像有明显拖尾成长条状；而开启摆镜摆扫之后，小圆靶成像清晰无变形，成像效果接近凝视型。

太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术作为一种快速发展的新型光谱分析方法在诸多领域备受关注。目前传统THz-TDS 检测时间慢，数据采集量低。为了提高THz-TDS 检测速度与精度，根据等效采样原理，设计了一种基于闭环控制的快速THz-TDS 数据采集系统。该系统可进行快速连续扫描采集，步进扫描时通过光学延迟线的信号反馈来实时获取其位置信息，完成自动化快速扫描。通过每步连续采集多个数据点来提高单步采集的准确性。结果表明，该系统充分利用了光学延迟线的硬件性能，可实现最高500 kHz 的数据采集，步长5 mm 时单步连续采集1000 个数据时间仅为86.34 ms，系统能够对太赫兹时域脉冲信号进行高精度自动化快速采集。

针对基于二元光栅演化的周期性闪耀光栅，限制了液晶相控阵所能实现的衍射角度数量以及分布，基于微波相控阵理论提出了一种基于非周期性闪耀光栅的液晶相控阵波控方法。通过衍射理论推导，证明周期性闪耀光栅是非周期闪耀光栅的特定形式。并仿真验证了基于非周期性闪耀光栅的方法能够极大地增加扫描角度数量，实现多于周期闪耀光栅10倍的可分辨角数量，使液晶相控阵阵列在不需要级联其它器件的前提下，实现视场范围内几乎所有可分辨角的光波束扫描，且不以衍射效率降低为代价。通过光束偏转实验，验证了基于非周期闪耀光栅进行液晶相控阵波控可实现均匀扫描，且可实现周期性闪耀光栅所不能实现的衍射角度。