线性菲涅耳聚光系统采用柱面反射镜可提高聚光能力。本文提出一种柱面反射镜曲率半径的优化计算方法，建立了通用计算模型，详细分析了反射光线横向偏移的变化规律、系统瞬时光学效率和能流均匀性等。研究结果表明，柱面反射镜的最佳曲率半径与其宽度几乎没有关联，只需要考虑其与镜场中心的距离和系统有效工作时太阳横向入射角即可得到最佳值。通用计算模型所得的结果与数值精确计算的结果非常接近，最大偏差为1.26%，平均偏差为0.38%。在考虑柱面反射镜型面误差、跟踪误差和曲率半径误差的情况下，当横向入射角大于45°时，系统瞬时光学效率保持在59.46%以上。在聚焦平面的较小范围（相对距离为-0.05~0.05）内，能流密度高且均匀性较好，适合布置光伏电池组件。

大气等离子体刻蚀是一种非接触式、材料去除可控的加工方法，在光学元件的高精度加工中具有广泛的应用前景。但是大气等离子体刻蚀后元件存在表面形貌恶化的问题，严重影响元件的性能和使用寿命。进行氢氟酸刻蚀实验，证明了元件表面形貌的恶化是由氟碳化合物和表面凹坑微结构两个原因引起的。为了解释表面凹坑微结构的形成，提出基于micro-mask壁面反射增强理论的凹坑形成模型，并开展了样品表面旋涂金纳米颗粒充当micro-mask的刻蚀实验。实验结果验证了micro-mask壁面反射增强模型的正确性，为解决大气等离子体刻蚀后元件表面形貌恶化问题提供了新的思路和方法。

高功率下光束质量恶化问题制约着锥形激光器的发展，基于腔面光学薄膜，研究了腔面反射对光束质量的影响。建立了不包含抗反射结构的物理模型，采用锥形激光器的电光模型进行仿真，分析了不同腔面反射率下器件的光场分布。结果表明，在传统锥形激光器中，存在强烈的光泵、光束成丝、自聚焦和空间烧孔效应，来自腔面的剩余反射引发了上述非线性效应，最终影响光束质量。前腔面反射在此过程中起着关键作用，后腔面同样对光束质量有较大影响。通过优化腔面反射率，提出了两种优化路径，部分设计的光束质量因子小于2，实现了高光束质量。研究结果为锥形激光器的设计提供了参考。

为使汽车在夜间行驶时能够被别的车辆识别, 避免交通事故的发生, 设计了聚光器带有花纹的新型后位置灯光学系统。基于非成像光学理论, 采用照度优化方法, 利用公式计算自由曲面反射镜各个点的坐标值。根据法规对后位置灯的配光要求, 合理划分反射面, 使其达到配光要求。通过蒙特卡洛方法对光线进行追迹, 实验模拟结果显示: 配光效果达到国家标准GB5920-2008对后位置灯各个测试点的照度要求, 设计的新型结构使光型出光更加均匀, 避免了亮斑的产生。

车载抬头系统是未来车载仪表显示发展的必然趋势。针对在抬头显示系统自由曲面反射镜测量过程中不同区域特征相似、不易提取特征点，以及优化时易陷入局部最小值的问题，提出了一种高精度的三维点云与抬头显示反射镜面形模型匹配的方法，实现了高稳定性、高精度配准和误差评价。首先测量数据和模型数据转换成点云文件，经过三维旋转，使点云的法向量平行于Z轴；然后向不会造成重叠与遮挡的XOY平面投影；投影后，在二维平面内提取边缘，并提取边缘轮廓点，通过确定对应轮廓点计算旋转角度，在三维空间对点云数据旋转后，完成粗匹配，最后采用全局点云最小化目标函数完成精确匹配。该算法利用自由曲面反射镜的不规则边缘特征进行匹配，避免提取局部特征点，并且优化过程中不会陷入局部最小值，能够精确计算被测件的面形误差。

高光谱遥感为冬小麦氮含量的实时估测提供了技术途径, 然而在实际探测过程中, 接收的信号不仅包含植株叶、 茎等器官内部发生多次散射后的光辐射, 也包含在叶片表面发生镜面反射而没有进入器官内部的光辐射, 原理上只有前者可反映植株的生化组分信息, 因此目前常用的反演算法存在较大不确定性。 拟采用增加偏振测量的方式, 区分与上述两种情形对应的非偏振光和部分偏振光, 通过构建相应的反射率表征因子, 以评估剔除部分偏振反射分量对植株氮含量估算的影响。 实验获取了冬小麦拔节、 挑旗、 开花、 灌浆四个典型生长期共计48组偏振高光谱与氮含量测量样本, 分析后表明, 剔除偏振反射后, 反射率光谱与氮含量的相关性在可见光波段有较明显的提升, 而常用的多个植被指数对氮含量的估算精度有小幅提升, 且不同生长期对应的最优植被指数不同。 上述结果证明了通过测量叶表偏振反射而提升冬小麦氮含量高光谱估算方法的有效性与稳定性, 为提升植被生化组分遥感反演的精度提供了参考。

传统Czerny-Turner光谱仪系统中，像散是影响光谱仪成像质量并限制其在分析领域中进一步应用的主要因素。针对这一问题，提出了柱面反射式消像散Czerny-Turner光谱仪高分辨探测技术。使用柱面反射镜校正系统像散，能够提高系统像质，在具有良好工艺性的同时，保证宽波段C-T光谱仪的实际分辨力。实验证明，柱面反射式消像散C-T光谱仪的分辨力在400~800nm的探测范围内可以达到0.02 nm。该技术能够提高光谱仪的性能，为高分辨宽波段的光谱仪研制提供可行方法。

半幅抛物柱面反射镜是导弹激光引信接收机的重要零件, 减少其在探测器上的成像线宽可提高探测灵敏度和视场边沿锐度。建立了半幅抛物柱面反射镜的几何光学数学模型, 根据数学模型进行了数值仿真。采用在焦平面附近平移光截面的方法, 分析了半幅抛物柱面反射镜焦平面的成像特点。以最小成像线宽为原则提出最佳像面概念, 根据最佳像面特点给出了线性拟合倾斜焦平面, 对比了近轴光线在焦平面和倾斜焦平面上的汇聚情况。仿真结果表明离轴后的平行光线在其倾斜焦平面上的成像线宽明显减小。

分析腔面反射率对GaN基半导体激光器斜率效率和输出功率的影响,并对出射波长为450 nm的激光器进行实验验证。结果表明,对于非对称谐振腔结构,通过优化腔面反射率,可以抑制空间烧孔非线性效应,提高器件的微分量子效率和最大输出功率。当前腔面反射率为5%时,斜率效率大于1.3 W·A ^-1,并在3 A的连续工作电流下,获得了2.6 W的高功率输出。