用光纤布拉格光栅FBG测量非均匀轴向应变时，会由于反射波谱形状的改变而无法用测量Bragg波长的方法来完成解调,因此,研究了用光学低相干反射测量(OLCR)实现光纤Bragg光栅复杂应变测量的原理和方法。分析了以扫描Michelson干涉仪为核心的时分复用光学低相干反射测量系统的测量原理和实现过程。通过傅里叶变换，将脉冲响应转化为失调范围内的频率响应，采用光栅重构技术，获得光栅沿轴向各段的复耦合系数;然后,由各复耦合系数得到沿轴向各段的Bragg波长;最后,根据FBG的传感模型获得沿轴向的应变分布。将该系统用于复合层板Ⅰ型层分断裂试验中应变测量，得到了断裂过程中的轴向非均匀应变分布，结果切实可靠。FBG的平均应变测量精度为13.2 mm，系统的轴向扫描精度可达100 nm。实验表明,OLCR能够很好地实现FBG的复杂应变测量，具有很好的应用前景。

结合捷联惯性导航技术，系统研究了舵机技术指标对滚转自动驾驶仪性能的影响。根据滚转回路特性，分析了滚转回路截止频率与舵机带宽的基本关系。应用频域分析，在低阶简化模型和高阶模型性能比较的基础上，研究了舵机带宽和相角对滚转回路性能的影响。以二阶系统阶跃响应形式，联系飞行操纵产生的下洗流干扰力矩与滚转稳态指令，确定了舵的最大偏转角速度，保证滚转自动驾驶仪在机动飞行时工作在线性区。另外，综合考虑有转速和角度限制的二阶系统舵机模型及不同总攻角下的最大干扰力矩，考查了饱和非线性区中滚转回路指令和滚转角的响应状态，论证了滚转回路的稳定性。结果表明，对于弹体滚转时间常数为0.3 s，舵效率力矩为42 N·m/rad，带宽要求＞50 rad/s的滚转自动驾驶仪，舵机带宽应不小于20 Hz，阻尼比应在0.6以上。

在分析人手生物学特性的基础上，提出了一种新的外骨骼式机械手，用于创伤手指的术后康复治疗。基于模块化思想设计了外骨骼手机构本体，该外骨骼手可以适应不同人手长度，能够驱动手指进行独立的弯曲和内收/外展康复运动；康复过程要求外骨骼手能够实时反馈手指关节的角度和力信息，同时保证康复力始终垂直作用于指骨以避免损坏关节周围的软组织。对外骨骼手关节单自由度和二自由度构型进行了分析，建立了外骨骼手的运动学模型，给出了外骨骼手的运动学和动力学方程。以ARM微处理器为核心，建立了基于SPI总线的外骨骼手控制系统。最后，进行了外骨骼手的运动学和动力学仿真验证及食指弯曲方向康复实验研究。实验结果表明，创伤手指康复外骨骼手系统康复原理和方法正确可行，实验的重复性误差＜5%，表明外骨骼手系统能够满足创伤手指康复要求。

对透射镜结构中室温硫化(RTV)胶层建模方法进行了研究。给出了节点相连(忽略胶层材料)、各向同性材料(三层体单元和一层体单元)和各向异性材料建立胶层材料模型的方法，分别采用3种方法对透射镜镜组建立了有限元模型，并进行了仿真模态分析。搭建了模态试验装置，测试了它的模态参数。结果表明，各向异性胶层材料的建模方法得到的一阶自由模态频率与试验测试的一阶自由模态频率误差只有0.3%，而各向同性材料的三层单元和一层单元建模方法、节点相连建模方法的误差分别达到1.8%，1.2%和13.9%。分析与测试结果表明，胶层材料在有限元分析当中是不可以被忽略的；综合分析显示，各向同性材料一层单元的建模方法减少了模型单元数量，且达到了工程应用的精度要求。

针对工业制造领域中大型工件很难进行全尺寸测量的问题，提出并实现了一种基于立体视觉技术的便携式工业测量系统。对该系统所采用的特征识别、相机定向、立体匹配、三维重建、多视点云配准等关键算法进行了研究。提出了改进的CANNY边缘亚像素检测算法，使用先验规则去除误识别的标志点，多次拟合定位标志点中心，对标志点环带多次采样取中值求取编码点的ID。根据ID号找出不同照片中的同名编码点，顺次对照片进行相对定向和绝对定向。然后，根据多幅图像的多极线几何约束，实现非编码点的匹配，消除误匹配。采用前方交会法重建标志点的三维坐标，利用光束平差对计算出的结果和内外部参数做迭代修正。最后，设计了双目结构光扫描系统，提出了一种改进的双目像机标定算法，描述了利用全局和局部标志点的子图同构实现多视点云配准的新算法。实验结果表明，该系统可在生产现场对大型工件进行快速测量，整体测量精度达到0.112 mm/3 m，可以满足工业现场大尺寸测量对精度和效率的要求。

对关节臂式坐标测量机中圆光栅角度传感器分度盘安装存在的偏心误差进行修正，可以有效提高测量机的测量精度。为了实现坐标测量机动态、实时的现场标校，建立了一种六自由度关节臂式坐标测量机的坐标系统，分析了圆光栅分度盘的安装偏心对角度测量的影响，推导了由于偏心引起的测量误差及其修正公式。分析表明，较小的安装偏心便会引起较大的角度测量偏差。以测量机的单点重复测量精度为目标函数，提出了一种基于模拟退火算法的角度传感器偏心参数辨识方法，并将其用于测量机关节圆光栅12个偏心参数的辨识和修正，实验结果表明,修正之后测量机的重复测量精度提高了11.3%。

为改善连杆裂解槽加工精度和质量，进而提高裂解连杆的成品率，通过试制两种连杆产品，确定了激光加工参数。采用Nd∶YAG固体激光器对两种类型的连杆进行了裂解槽激光加工试验，分析了采用不同切割参数加工的裂解槽质量，并对激光切割参数进行了优化。结果表明：激光峰值功率、离焦量、切割速度、脉冲频率、辅助气体压力、激光入射角等对裂解槽的加工质量均有很大的影响，其中激光峰值功率2.4 kW，脉冲时间0.4 ms时，切槽深度为0.453~0.457 mm，当脉冲频率与切割速度比值约为3，在非正离焦量状态下，所加工的裂解槽对连杆的裂解非常有利，能够满足M0406连杆的裂解质量要求。

为了兼顾飞轮控制系统的响应速度和稳态精度，在分析常值切换变结构控制和变速积分控制特性的基础上，将具有开关特性，响应快，但存在抖振缺点的常值切换变结构控制与能改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应，稳态精度高的变速积分控制相结合,利用变速积分控制稳态精度高的优点弥补常值切换控制的开关特性带来的缺点,提出了变结构变速积分控制。根据飞轮的本体模型和运动方程建立了控制模型，分析了控制模型的性能，进行了转速跟踪实验。实验结果显示：变结构变速积分控制使系统的动态性能和稳态性能都得到很大提高。控制指令为偏移量1 000 r/min，幅值100 r/min, 周期0.01 Hz正弦信号时，跟踪误差为2 r/min。结果表明，提出的方法抑制了超出切换带范围的超调量，提高了进入切换带内的稳态精度，防止了抖振，基本达到了加快响应速度和提高稳态精度的要求。

为实现气溶胶颗粒物的空气动力学粒径及其光学粒径的同时测量，对颗粒物按粒径大小进行分类计数，利用电子学多道存储技术，结合大规模可编程逻辑电路和高速大容量双端口内存芯片，设计了一种高速大容量粒子分类计数存储器。该存储器实现了单一脉冲计数器与特征信号分类计数器的有机结合，其存储容量高达65 535道，每道可计数65 535个，操作速度可达15 ns；而且线路简单，整个电子学多道电路只需要两片MACH435和两片IDT7009芯片。用设计的存储器对空气中空气动力学粒径为0.5~20 μm的气溶胶颗粒物进行计数，得到了颗粒物的粒谱分布。该存储器已应用于本研究所自行研发的空气动力学粒谱仪，完全满足仪器连续、实时、在线监测时对存储速度和容量的要求。

针对目前压电驱动器主要使用非对称锯齿波电信号驱动压电晶体实现驱动的现状，采用对称电压信号驱动压电振子，设计了非对称夹持式压电旋转驱动器。用对称波电信号作用在压电双晶片振子上，产生正反两个方向大小不同的周期性惯性冲击力，驱动机构实现旋转位移。建立了压电旋转驱动器的动力学模型，分析了非对称夹持旋转驱动器实现大小不同惯性冲击力的原理以及压电旋转驱动器的运动过程。组成了压电旋转驱动器的测试系统，在不同电压幅值、频率的方波激励下，对压电旋转驱动器的平均步长进行了测试。结果表明：非对称夹持式压电旋转驱动器能实现较稳定的单向转动，最大行程为360°，最大承载能力超过300 g，步长分辨率为5 μrad，最大转动速度为4 000 μrad/s；驱动器样机在20 V、2 Hz的方波激励下，平均运动步长为12 μrad，转动速度为24 μrad/s。

针对传统光学加工技术难于精确测量和控制亚表面损伤的特点，提出用磁流变抛光替代研磨工序并直接衔接磨削的新工艺流程。采用自行研制的磁流变抛光机床KDMRF-1000和水基磁流变抛光液KDMRW-2进行了磁流变抛光去除磨削亚表面损伤层的实验研究。结果显示，直径为100 mm的K9材料平面玻璃，经过156 min的磁流变粗抛，去除了50 μm深度的亚表面损伤层，表面粗糙度Ra值进一步提升至0.926 nm，经过17.5 min磁流变精抛，去除玻璃表面200 nm厚的材料，并消除磁流变粗抛产生的抛光纹路，表面粗糙度Ra值提升至0.575 nm。由此表明，应用磁流变抛光可以高效消除磨削产生的亚表面损伤层，提出的新工艺流程可以实现近零亚表面损伤和纳米级精度抛光两个工艺目标。

为了实现超导球形转子在低温环境下高速稳定的旋转，设计了一种基于迈斯纳效应的超导转子旋转驱动装置。该旋转驱动装置主要包括超导定子和超导球形转子两部分，定子采用两相结构，转子采用在其内壁上开有4个窗口的空心结构。利用定子超导线圈的磁场在空心转子内壁窗口上产生的转动力矩驱动转子旋转。然后，通过Ansoft软件对超导转子旋转驱动力进行了有限元分析。分析表明，驱动力矩与驱动电流的平方近似成正比例关系。在4.2 K，30 Pa下进行了转子旋转实验，结果显示，30 A驱动电流下转子转速达到了8 512 r/min，表明该旋转驱动装置能够将转子加速到8 500 r/min以上的工作区域，为进一步优化装置设计参数以及提高转子旋转稳定性奠定了基础。

为满足精密位移的需要，研究开发了一种大行程、纳米级和计量型三维精密位移系统。采用模块化结构设计，即3个方向的驱动机构均采用完全相同的设计结构，分别称为X、Y、Z向一维工作台。位移系统在X、Y、Z 3个方向采用粗、精两级驱动，并分别装有计量光栅。各方向粗驱动采用交流伺服电机配合精密丝杠和直线导轨进行，精驱动采用压电陶瓷微位移器配合柔性铰链进行，每个方向的两级驱动共用一套计量光栅，从而保证了位移系统的大行程、纳米级和计量型。介绍了位移系统的结构设计，分析了位移系统的位移分辨率、计量原理以及它的运动性能。实验表明，在40 mm位移行程内，X、Y和Z向工作台两级驱动实际位移与设定位移之差分别不超过±0.030、±0.028和±0.033 μm，验证了位移系统设计的有效性，为位移系统的设计提供了依据。

提出了一种可产生稳定、均匀的投影空间，并由伺服电机驱动阶梯轴，带动屏旋转的双螺旋屏扫描系统，以实现体三维实时、高清晰成像。对比分析了扫描屏结构的成像特点,设计了屏结构的加工方案。采用半透明高强度的光敏树脂材料和缕空支撑墙体快速成型直接制造。通过Solidworks软件进行螺旋扫描屏的三维建模，并利用COSMOSWorks模块进行稳定运行的可行性分析。仿真结果显示，屏在600 r/min恒速旋转时产生的最大位移数据为0.013 mm，远小于人眼视觉可分辨的范围，可以满足成像空间设计需求。最后，结合现有的工程技术与工艺水平，建立了双螺旋屏扫描系统的物理平台。实验结果表明，该螺旋屏扫描系统形成的25 cm×Ф50 cm的柱型成像空间，可以呈现出清晰的体三维图像。

为了保证双半外圈双列调心球轴承的预紧效果，对其预紧力的确定和预紧量的大小进行了分析计算。这种轴承结合了成对双联向心推力球轴承和双列向心调心球轴承的优点，既能实现大角度调心，调心角度达3°，又能进行轴向预紧。通过对这类轴承的力学分析，推导了轴向预紧力与轴承支撑负载的关系公式，而预紧量是通过控制两个半外圈之间的隔圈厚度进行调节的。基于弹性接触理论，推导了轴承定位隔圈磨削量大小的公式。将轴承用于LAMOST天文望远镜像场旋转轴中，对内径1 100 mm的轴承现场安装预紧调整后进行实测。测量结果表明，在任意50°范围内(旋转轴工作范围)，轴系径向跳动＜0.02 mm，端面跳动＜0.03 mm，满足了LAMOST对像场旋转轴系刚度和旋转精度的要求。跟星实测像场旋转精度RMS值优于0.3″。

为实现MEMS产品的快速设计和性能验证，在借鉴其结构化设计思想即节点分析法的基础上，提出了一种与常规信号流类比不同，适于集成微机电系统快速仿真的等效电路建模思路和方法。首先，对系统及MEMS器件进行功能及结构分解；然后，分别对各基本单元进行节点化建模，并在一定的机电类比规则下将其转换为等效电网络(元件)；最后，根据节点变量约束关系，将这些等效网络(元件)逐层重构为器件级和系统级等效电路。结合一类典型MEMS集成系统——梳齿式静电反馈微加速度计的分析实例，对上述方法进行了具体介绍和验证。利用OrCAD等电路仿真器分析、测试了所建立的体现多能域耦合关系的微系统数字化分析原型，结果显示，相对于VHDL-AMS描述法，该模型具有单一域内的更加直观的模型形式和快捷的仿真速度，表明本文提出的方法在复杂MEMS集成系统的分析设计中具有一定的应用价值。

为了模拟WTYD型压电陶瓷微位移器的输出位移与驱动电压之间的迟滞曲线，通过采用Bouc-Wen模型模拟迟滞分量，提出了一种表征WTYD型压电陶瓷微位移器的输出位移与驱动电压之间迟滞关系的Bouc-Wen模型并建立了相应的参数辨识方法。为了验证Bouc-Wen模型及其相应的参数辨识方法的有效性，建立了相应的实验装置并对模型进行了实验验证。研究结果表明，Bouc-Wen模型的最大绝对误差为3.78 μm，最大相对误差为5.79%，表明Bouc-Wen模型及相应的参数辨识方法能较好地模拟WTYD型压电陶瓷微位移器的迟滞特性。

设计了一种适合于计算机X射线扫描仪的新型激光扫描系统，其空间分辨率为10 lp/mm。针对常用扫描机构的不足，用五角棱镜和聚焦物镜组成扫描臂取代传统的Fθ镜头，利用成像板的柔韧性实现圆弧形进片，扫描臂同时作为接收器收集激发出的荧光，从而简化系统结构，提高系统性能。利用所设计的光学系统，分析了激光光点大小对分辨率的影响，结果显示光点越小，系统分辨率越高。分析了系统中影响激光光点大小的因素，在高转速条件下对扫描臂进行了有限元仿真，计算了当入射光与五角棱镜入射面不垂直及五角棱镜存在安置误差时，对激光光点大小的影响。结果显示光点直径最大相对变化量为0.07%，表明所设计的激光扫描光学系统具有一定的容差性和实用性。通过实验验证了所研制扫描仪的性能，结果表明图像具有良好的视觉效果，能够满足工业检测要求。

星上定标是成像光谱仪光谱图像数据定量化应用的基础。为了提高星上定标积分球系统的光源稳定性，减少积分球辐亮度变化率，针对积分球系统定标用的光源-卤钨灯对定标精度的影响，研制了一种控制卤钨灯发光强度稳定性的稳流电源。介绍了具有软启动特性的标准灯稳流驱动电源的工作原理及应用电路，研究了输入电压负载、温度等参数对电源性能的影响，并对稳流源电路进行了测试。通过改变三极管增益的方法调整软启动时间，采集串联在电路中的高精密电阻两端的电压，并计算电路中的电流，得到电流稳定性达到0.037%；增加重复性后，电流稳定性为0.043%。实验结果表明，得到的电流稳定精度满足了积分球系统光的变化不超过1%的要求。此积分球系统已成功应用于某型号成像光谱仪的星上定标。

考虑系统扰动对光电跟踪伺服系统精度的影响，提出了采用自抗扰的控制方案，并分析了实现自抗扰的工作原理。对某型光电跟踪系统进行了结构分析，将目标运动速度视为外部扰动，系统内部参数摄动视为内部扰动，采用扩张状态观测器从系统响应的输入、输出信号中估计出扰动，并进一步用跟踪微分器提取扰动的一阶导数来提高对扰动的估计精度，以最大程度地补偿扰动。实验结果表明,在载体扰动下，跟踪最大角速度为40 mrad/s，最大角加速度为8 mrad/s2，机动目标的误差＜0.1 mrad，且响应速度快,超调＜10%。该方案结构简单，控制鲁棒性强；无需额外的传感器对目标运动进行测量、滤波和预测，即可有效提高系统高精度捕获、跟踪快速机动目标的能力。

针对采用传统的在线聚类方法时后续判决错误率较高的缺点，提出了一种改进的基于决策树的在线说话人聚类算法。通过构建一个决策树，增加判决分支，对语音段进行判决聚类，从而有效降低前期错误判决对后续聚类的影响。为了进一步提高算法效率，缩短运算时间，还给出了一种决策树剪枝方法，减少了不合理的判决分支。通过对广播新闻语料进行的说话人聚类实验表明，相比传统的层次聚类算法，新算法的平均类纯度和说话人纯度分别提高了0.9%和1.1%，计算时间减少了57%。实验结果还表明，相比手工标注说话人信息，将该算法的聚类结果应用于说话人自适应可降低系统的误识率。

为了克服传统Mean-shift算法在跟踪运动目标时由于背景像素造成的定位偏差和由于遮挡造成的跟踪失效，提出了相应的改进措施。其一，根据初始帧目标和背景在颜色分布上的差异，建立对数似然图(log-likelihood image)，筛选出目标中与背景可区分性好的颜色特征建立目标模型，并以同样的方法在后续帧建立候选模型，从而有效地减小背景像素的影响。另外，将候选区域划分为若干重叠的子块，分别利用Mean-shift算法对各个子块进行迭代，以与目标区域相应子块最为匹配的子块的所在位置对整个目标重新定位，由此很好地实现了目标部分遮挡情况下的稳定跟踪。当目标被严重遮挡时，则采用简单的线性预测，估计下一帧目标可能出现的位置。实验结果表明：提出的改进算法可以准确地进行目标跟踪，对部分遮挡和严重遮挡都有较强的鲁棒性。

针对无线传感器网络能量、存储、处理能力严重受限的特点，基于“在网计算”的思想，结合JPEG2000算法流程以及无线传感器网络的网络拓扑结构特点，提出一种基于邻居簇的JPEG2000多节点协同图像压缩方法。首先，将相机节点采集的图像分片，并根据图像的梯度幅度值进行压缩比特率的自适应优化分配。然后，将压缩任务转移到多个邻居簇内，以最小化网络总能耗为目标，由多节点协作共同完成图像压缩和传输。仿真结果表明，该方法不仅使无线传感器网络中实现大尺寸图像的JPEG2000编码成为可能，且相机节点能耗仅为压缩图像后传输至基站方案的3.4%，极大地平衡了网络节点能耗，使网络生命周期提高了7倍以上。

根据光突发交换(OBS) 网络的特点,分析了在OBS网络边缘节点进行数据汇聚的一般原则,提出了一种OBS网络边缘节点的自适应汇聚策略。与以往的汇聚策略采用固定汇聚门限不同，本文设计的汇聚策略引入穿越计数器，通过测量网络业务流量，动态选择合适的汇聚门限，比较前后两次选择的汇聚门限类型修正门限步长。仿真结果表明，与现有的汇聚策略相比，提出的汇聚策略在不同的自相似参数和网络负载情况下丢包率分别降低了约69.07%和38.89%。设计和实现了试验网边缘节点的硬件架构，对汇聚、调度等功能进行了系统级的运行和测试，完成了系统预期的功能。结果表明，该汇聚策略不仅能够根据网络流量变化动态调整汇聚门限，而且十分适应具有突发性的业务量，在强自相似情况下丢包率较小。

为克服基于随机模式投影的双目立体测量系统中的局部高光和自身遮挡，提出了一种由单摄像机-投影器构成两个单目测量单元的测量方法。首先，给出了一个标定算法，该算法只需从不同角度拍摄随机光场在普通白板上的图像(称为标定图像)，就可以标定纯随机模板上每一点经投影镜头发出的光线，无需标定投影镜头畸变，且精度不受投影镜头畸变的影响。然后，将随机光场照射下的被测物体图像与标定图像进行亚像素精度的像点匹配，根据三角测量原理获取物体表面的三维点云数据。最后，采用标准平面和圆柱面对该方法进行测量精度验证，并给出了具体的测量实例。实验结果表明,标准试件拟合面的平均偏差<0.02 mm，测量不确定度<0.05 mm (3σ)。综合两个单目测量单元进行测量，能有效避免因高光和遮挡等原因引起的点云数据缺失。

为了去除相机拍摄的遥感图像中的云雾，提出了一种新的非局域均值算法来处理遥感图像序列中的云雾噪声。首先，根据遥感图像在云雾阴影下的梯度值的性质，得出了在云雾阴影下图像灰度值偏低而梯度值却变化不大的结论，从而在权重值的计算中耦合了梯度值信息。然后，利用序列图像的帧间冗余信息来计算新的权重值。最后，用新的权重值对图像进行恢复。用UltraCamD相机对在我国新疆地区和山西地区上空拍摄的两组遥感图像序列进行的实验表明:与传统的图像恢复算法相比，用提出的方法恢复图像可获得更好的图像质量；与原始图像相比，恢复后图像的峰值信噪比提高了9 dB以上。实验结果表明，该算法可以在不知道云层运动方向和相机运动方向以及噪声模型的情况下有效地对薄云雾覆盖的遥感图像进行恢复。

为了实现用面阵CCD实时采集彩色视频图像，设计了一种彩色视频图像实时采集系统。在分析SONY面阵CCD器件ICX424AQ的结构参数和彩色视频图像采集原理的基础上，实现了CCD控制时序的产生和整个采集系统的时序控制逻辑。分析了CCD器件的主要噪声来源，采用相关双采样技术滤除了视频信号中的复位噪声和1/f等低频噪声，提高了系统的信噪比。由于采用的面阵CCD芯片表面覆盖有Bayer彩色滤波阵列(CFA)，因此每个像素点只有一个颜色分量。为了获得全彩图像，采用一种改进的双线性插值算法来获得每个像素点上丢失的色度信息，较好地兼顾了插值效果和硬件实现复杂程度。该设计采用CCD逐行扫描工作方式，曝光时间为0.32 ms时，所有像素信号可依次读出。整个系统采用FPGA作为核心控制器件，读取的CCD信号经过插值处理，实时地通过发送芯片SiI1162以DVI格式发送到TFT-LCD屏上显示。

为验证液晶自适应光学成像技术校正大气湍流所引起的波前像差的有效性，提高光学系统的能量利用率，应用Zemax软件设计出了与1 200 mm望远镜匹配的开环液晶自适应光学系统。针对开环自适应光学系统探测光路和校正光路自身的特殊要求，制定了具体的公差原则，并应用Zemax软件进行了公差分析。分析表明，设计的自适应光学系统具备较宽松的公差条件，容易加工和装调。评价了该光学系统的成像性能，结果表明，设计的自适应光学系统的MTF曲线接近衍射极限，光学传递函数的模在50 lp/mm时可达到0.4，而成像CCD的极限分辨率为31 lp/mm，充分地利用了CCD相机的分辨资源。该自适应光学系统与1 200 mm望远镜对接匹配后的组合焦距为19.9 m，F数为16，PV值为0.031 4λ。

研究了红外锁相法热波检测技术的原理、缺陷深度测量及在蜂窝夹层结构及焊接构件检测中的应用。建立了二维热传导有限差分模型，采用该模型计算了强度按正弦规律变化的热流引起试件表面温度变化的历程，基于锁相法提取了有缺陷与无缺陷处的准稳态温度变化，并计算了二者的相位差。然后，建立了热波在试件中传导的热-电等效模型，利用该模型对红外锁相法热波检测技术进行了仿真研究，得到了缺陷深度和反射热波与入射热波相位差之间的关系。最后，采用红外锁相法热波检测技术对模拟缺陷的蜂窝夹层结构试件和实际焊接构件进行了无损检测试验。结果显示，有限差分模型和热-电等效模型计算有缺陷与无缺陷处的相位差与试验结果基本一致，偏差<5%，表明采用红外锁相法热波检测技术能够快速、准确地获得缺陷大小、位置等，该技术也适用于有复杂曲面结构的构件。

为了使上海光源(SSRF)研制的SX-700单色器的主要设计指标——波长扫描转角重复精度满足优于0.43″的要求，研究了单色器的波长扫描组件—光栅正弦机构的转角精度误差来源。设计单色器结构时，运用有限元分析软件ANSYS对光栅正弦机构进行数值模拟计算，并根据模拟结果对光栅正弦机构的转角重复精度进行了误差分析，得到的转角重复精度为0.28″。依据分析结果制定了工程设计方案，并成功加工、装配了SX-700单色器。利用作者建立的一套由光电自准直仪组成的测试系统对光栅正弦机构的转角重复精度进行测试，实测精度为0.15″。结果表明，设计的SSRF的SX-700单色器光栅正弦机构的转角重复精度满足设计要求。

由于双折射滤光器型太阳磁场望远镜中滤光器的研制质量直接影响透过带，进而影响太阳磁场的测量，本文对影响双折射滤光器透过带漂移的各种误差因素进行了分析。通过计算机编程，完全模拟了光线轨迹，精确分析了多种误差项对双折射滤光器透过带的影响。给出了引起透过带漂移、展宽、极大值和极小值变化的主要误差项。分析表明，入射角、晶体光轴倾角误差、晶体厚度误差和1/4波片光轴方位角误差影响透过带漂移；只有晶体光轴方位角误差影响透过带宽，当误差为2°时，透过带展宽了0.078%；宽视场1/2波片光轴方位角误差对极大值的影响最明显，当误差为2°时，极大值减小了0.487%；晶体光轴方位角误差、宽视场1/2波片延迟误差和1/4波片光轴方位角误差对极小值都有不同程度的影响。

介绍了掠入射X射线散射法(GXRS)测量超光滑表面的原理及基于商业用X射线衍射仪改造而成的实验装置。选择3片不同粗糙度的硅片作为实验样品，根据一级矢量微扰理论对各个样品所测量的散射分布进行处理。结果表明，GXRS法得到的样品功率谱密度函数(PSD)与使用原子力显微镜(AFM)所测量的结果基本相符。分析了探测器接收狭缝的宽度和入射光发散度对实验结果的影响，结果表明，在其他实验条件理想的情况下，当探测器接收狭缝宽度＜0.02 mm，入射光发散度＜43″时，在空间频率＞0.03 μm-1的范围内，由其引起的PSD函数测量误差＜2%。随着探测器接收狭缝宽度和入射光发散度的减小，测量误差呈指数迅速减小。在所测量的空间频率范围内，PSD函数的误差随频率的增加而减小,仪器的重复精度优于2.6%。

提出用红外干涉仪在长波工作(λ=10.6 μm)的优点检测非球面面形。首先,通过移相算法,使用泰曼型红外干涉仪测量出非球面与标准拟合球面之间的波像差;然后,根据非球面的矢高方程计算出非球面与标准拟合球面之间波像差的理论值，通过比较这两个值，计算出非球面的面形偏差。实验结果表明，使用红外干涉仪测量的非球面与标准拟合球面之间的波像差为8.64 μm(PV)，与理论波像差(8.11 μm)比较接近，测得非球面面形偏差为1.20 μm(PV)。为了验证这一方法的准确性，使用计算全息图(CGH)作为补偿镜在可见光干涉仪上测量了同一块非球面，两者测量结果比较吻合。结果表明,此方法有比较强的通用性，可以用于非球面在加工过程中的测试。

为了实现对拼接镜子镜之间相对曲率半径的精确测量,提高各子镜曲率半径的匹配精度，提出了一种使用Shack-Hartmann传感器和高精度球径仪测量球面子镜相对曲率半径的新方法，并建立了一个实验系统。该方法首先使用共焦调整方法使各子镜共焦，用S-H传感器测量子镜的轴向离焦量，轴向调整压电陶瓷促动器，使由传感器测得的离焦量接近于0；最后,再对子镜进行一次共焦调整之后，使用高精度球径仪来测量各子镜之间的相对曲率半径差。实验采用的拼接镜由3块对边长300 mm的正六边形子镜组成，子镜为球面，设计曲率半径为2 000 mm。分析测试结果表明，该方法测得的球面拼接子镜的相对曲率半径精度约为1 μm，该方法表明适用于大型球面拼接镜面望远镜各子镜相对曲率半径的检测。

通过对微结构聚合物光纤修饰桑色素-铝配合物掺杂的凝胶薄膜，制备了一种氟化物光纤传感探头。这种探头的结构基于微结构聚合物光纤实现，其内部具有贯穿的微孔道结构，这种微孔道结构可以作为敏感材料的载体以及微传感池。敏感层的修饰通过溶胶-凝胶过程实现，将掺有桑色素-铝的溶胶直接吸入光纤内部，可以在光纤微孔阵列中形成凝胶敏感膜。微结构光纤内部可以容纳微量液体，传感过程在微孔道内进行。基于荧光淬灭原理实现传感，氟离子对凝胶膜中桑色素-铝具有强烈的荧光淬灭作用，因此,传感探头对于不同浓度的氟离子溶液表现不同的荧光强度。在pH值为4.6的条件下，探头对于氟离子具有良好的响应，可在5~50 mmol/L内传感。

针对90 nm节点光刻投影镜头中使用的非球面存在高次项，且与理想球面偏离量较大的特点，基于像差补偿理论，设计了一种三片式结构的Offner补偿器来实现非球面的高精度检测。采用等量轴向球差补偿非球面各阶系数的方法，主动引入一定量的轴向球差，补偿光线在非球面法线方向的偏离量。结果表明，初级像差和高级像差可很好地平衡，使剩余像差很小；MTF 远远超过衍射极限；系统工作波长为632.8 nm，F数为1.64，均方波差RMS<λ/1 250；系统轴向像差＜0.47 μm，满足基本干涉成像条件;各方面指标均满足高精度检测补偿器的设计要求。最后，根据现有检测装置的精度对所设计的结果进行了公差分析，给出了较宽松的公差容限。公差分配后，系统综合残余波像差＜0.007 27λ，满足系统装调精度要求。

为了获得实时调焦写入以及高的系统分辨力和衍射效率，提出了一种基于连续浮雕谐衍射透镜阵列的无模光刻方法。该方法采用连续浮雕谐衍射透镜阵列作为无模光刻的物镜阵列，在兼顾系统分辨力和衍射效率基础上，由同一衍射透镜阵列实现聚焦写入和检焦；同时利用谐衍射透镜的深浮雕特性调制透镜的环带宽度，降低透镜的制作难度。在分析谐衍射透镜特点以及考虑激光直写制作工艺对连续深浮雕衍射聚焦特性影响的基础上，设计、制作并测试了设计波长为441.6 nm， F数为7.5的连续浮雕谐衍射透镜阵列。测试结果表明，该阵列同时具有聚焦写入和检焦功能，且对写入激光和检焦激光的衍射效率均优于70%，有望改善无模光刻的制作质量。

利用单晶硅在KOH溶液中的各向异性刻蚀特性，在相对Si(111)面切偏角为5°的单晶片上制作了1 200 gr/mm的真空紫外闪耀光栅。结合全息干涉曝光以及光刻胶灰化技术，在单晶硅表面得到了小占宽比的高质量光刻胶掩模，用湿法刻蚀将光栅掩模图形转移到单晶硅表面的天然氧化层上，并将其作为硅各向异性湿法刻蚀的掩模，成功获得了接近于理想锯齿槽形的闪耀光栅。用原子力显微镜分析光栅闪耀面，结果表明其表面均方根粗糙度约为0.2 nm。在真空紫外波段对其进行衍射效率测量，发现光栅在135 nm波长处显示出良好的闪耀特性。此方法可以应用于真空紫外和软X射线波段的光栅制作，在获得较高的槽形效率的同时，可以大大减少其制作难度及成本。