为提高变焦距系统的工作性能，使其在大视场时仍具有良好的像质，且系统结构简单，易于机械设计、加工及装调，在设计中引入了传统球面光学设计与非球面相结合的设计思想。选择4个焦距位置进行设计计算，用光学设计软件ZEMAX上机调试，设计了焦距为6.9mm～91.6mm，视场5°～60°的变焦系统，整个系统由4组12片透镜组成，其中包括3个非球面,系统具有变倍比高、视场大等特点。设计结果表明：在设计中采用非球面可使系统结构紧凑，系统成像质量得到提高。

通过对离心法在凹球面上涂布光刻胶过程进行分析，阐明了离心状态下光刻胶在凹球面基底上的流动机理，结合试验提出影响凹球面涂布光刻胶膜厚均匀性的主要因素有胶液粘度、旋涂速度、旋涂时间，列举了以上因素引起的各种现象，并进行了理论分析。引用凹球面旋涂光刻胶的膜厚公式，建立了膜厚与速度关系数学模型；利用流体力学原理解释了有限圆形空间中流体速度对膜层均匀性的影响，从而解决了大曲率凹球面上制备微细图形结构的关键工艺问题，对非球面上制备微细图形具有借鉴作用。

采用宽光谱变角度椭圆偏振仪对非平衡磁控溅射(UBMS)技术沉积的类金刚石(DLC)薄膜的光学常数进行了测量与分析。在建立模型时，根据DLC薄膜成膜特性，分析和调整了模型结构；综合考虑了表面粗糙度、薄膜与基底表面及界面因素对测试结果的影响，将表面层和界面层分离出来，并采用有效介质方法对它们的影响作了近似处理。结果表明：硅基底上采用UBMS技术制备DLC薄膜的椭偏数据，经该模型拟合后均方误差(MSE值)从37.39下降到4.061，提高了测量精度。

针对尺度缩放和角度旋转变化目标相关识别率低的问题，采用优化折中综合鉴别函数方法设计了具有较大畸变容限的匹配滤波器。在匹配滤波器设计时，通过调整相关输出噪声、训练样本平均功率谱密度和训练样本相似度对训练样本平均值的贡献，得到具有带通性质的匹配滤波器。利用单个匹配滤波器对角度旋转0°～30°、尺度变化0～20%的目标进行了相关识别仿真实验。结果表明：这种匹配滤波器相关输出峰尖锐、鉴别力强、畸变容限大，可用于畸变目标的光学相关识别。

分析3种像方远心系统的结构和用途。在传像光纤物镜的设计过程中，分别采用传统单组像方远心系统和“负-正”型式的像方远心光学系统结构，通过比较发现“负-正”型式的像方远心系统的结构能很好地解决镜头轴外像差校正和像面照度均匀性的问题，并且镜头结构紧凑。使用ZEMAX光学软件进行优化，给出工作波长(0.38～0.78)μm，焦距1.92mm，视场角60°，相对孔径为1∶4的镜头设计实例。设计结果表明:此镜头在46lp/mm处的MTF大于0.8，像质优良。

从土木工程应用的实际情况出发，利用光纤光栅传感器具有波长绝对编码和易于复用的特点，提出工程化同时测量温度、应变和压力的全光栅型低成本分布式传感方案。设计了基于连续波调频技术的光纤光栅多参量桥梁结构监测系统，将光频域反射复用与波分复用技术相结合，实现分布式光栅传感网络的寻址，提高了系统复用容量。实验表明：所设计的传感系统能够准确监测结构重要部位的内部应变及车流量等参数，为桥梁结构的静、动载测试提供了准确的数据，同时也为桥梁的工作状态评估和健康诊断提供了依据。

针对目前钢拉杆构件缺少施工荷载下的内力测试和服役期间的长期监测手段问题，采用玻璃钢封装技术研制开发出一种新型的基于光纤光栅绝对测量传感技术的高耐久性智能钢拉杆。在理论屈服荷载85%的拉伸荷载下，智能钢拉杆感知的应变具有很好的线性度和重复性，由其得到的测试杆力与实验张拉力吻合良好，误差在4%以内。该智能钢拉杆具有抗电磁干扰、传感距离长、成本低、耐腐蚀、绝对测量等优点，既可以方便给出任何阶段的受力状态，也可以作为一个大应变式荷载传感器对其相邻的结构进行荷载监测，适合用于恶劣服役环境下的钢拉杆工程结构。

在利用长周期光纤光栅(LPFG)准线性段进行线性滤波解调中，对LPFG准线性段进行一次线性拟合得到的结果误差较大，提出通过对LPFG透射谱的分段线性拟合和对LPFG进行温度控制使其谐振波长移动来选择不同的线性段，从而实现不同灵敏度解调。给出了基于DSP的实现方法及基于VC++对话框中MFC编程实现的监测界面。最后简要给出了该系统的潜在应用领域。

无热化设计是利用不同手段消除环境温度变化对光学系统性能的影响。针对红外光学系统，提出一种光学被动式无热化设计方法。从单个透镜出发，列出透镜组的消热差方程组，通过笛卡尔坐标系描绘出常用红外材料的消热差系数和消色差系数，使用图解方法求得红外材料的合理组合，同时得到归一化的组合光焦度分配。最后用实例说明光学被动式无热化设计的求解过程，并通过光学设计软件对结果进行分析，说明该设计结果在-40℃～+60℃温度范围内均满足消热差和像差要求。

为了观察由板流引起的灯丝温度下降现象，利用红外测温仪对理想二极管灯丝温度作了精密测量。由于忽略了板流，导致阴极灯丝温度下降，致使测得的金属逸出功存在着大约-1.86%的系统相对误差。实验验证了当灯丝电流和板流较小时，测不出灯丝温度随板流的变化。当灯丝电流为0.74A以上时，可以明显地观察到输出板流后，灯丝温度要比板流为0时低(1～2)K，此结果与预测值十分相符。

通过数值计算发现：在端侧面组合抽运DPL中，晶体横截面上的温度分布接近于轴对称分布，并且端面抽运功率占有率越大，温度分布越接近于轴对称分布。将端侧面组合抽运DPL中的热效用等效薄透镜近似，给出了等效热透镜焦距的计算方法，分析了组合抽运引起的热透镜效应对基横模振荡光的光斑尺寸和衍射损耗的影响。在总抽运功率一定的情况下，端面抽运功率占有率的变化对热透镜焦距有一定的影响，占有率越大，热透镜焦距越长。提高端面抽运功率占有率，可在一定程度上减小热透镜效应对振荡光束尺寸和衍射损耗的影响。

为分析激光测距机发射光学系统透射特性对测距性能的影响，利用光线追迹公式和部分偏振光理论，得出了激光测距机发射光学系统透射率的定量解析式。针对发射光学系统特例，定量分析了其透射率与入射激光束偏振参量和几何光学参量间的关系。结果表明：随着入射角增加，激光束偏振参量对发射光学系统透射特性将产生较明显影响，当激光器发射的激光脉冲是随机的部分偏振光时将引起测距机发射激光脉冲能量的随机变化。

为研究长脉冲高能激光与金属靶材相互作用的机理，使用2种激光器对铝、钢、铜和钛靶材进行烧蚀试验。记录靶材穿透时的激光轰击次数，测量穿过通孔的激光能量和孔的面积，得到不同材料在不同能量密度下的烧蚀率。实验表明：能量密度低的激光束，即使对靶材可能有烧蚀作用，它的烧蚀率要比能量密度高的激光束小很多。能量密度达到造成液态质量迁移条件的长脉冲激光，可获得较大的烧蚀率和截面积较大的通孔。

利用傅里叶变换得到了Zernike多项式和环扇域内正交多项式的功率谱密度(PSD)分布，以及正交多项式每项所对应的峰值径向空间频率和半峰值径向空间频率范围。通过对比发现，正交多项式与相同阶的Zernike多项式PSD分布相似，但是却含有更高的空间频率成分。通过计算机仿真，发现正交多项式中每一项都基本上只代表特定的空间频率范围，根据相位度量的环扇形镜面面形空间频率分布，选择适当的正交多项式的项进行拟合，不仅能够节省运算时间，而且还可以保证拟合精度。

在双轴晶体中，除光轴方向外，沿任一方向只存在2个具有不同偏振方向的平面波解，每个解有各自的传播常数。运用拉格朗日乘数法并借助双轴晶体的折射率椭球的概念，在主轴坐标系下求出双轴晶体的平面波解，得到每个解的空间色散关系，并从所得平面波解出发讨论平面波沿光轴方向传输的情况。最后将所得的结果运用到单轴晶体中检验其正确性。

新型大功率紫外LED具有电光转化效率高、光谱纯度高和体积小等优点，但单管LED功率仍很难满足光固化的要求，针对单光斑辐照要求，提出采用空间阵列UV-LED排布实现能量累加的方案。该方案通过单管LED聚光系统与集成阵列系统综合设计实现了各单元单光斑辐照度在辐照面上的合成，最终得到的光斑辐照度分布均匀、尺寸合理，阵列系统后工作距离长，完全满足现场应用的具体指标要求。通过外围电子线路控制阵列LED的电流强度及通断状态可实现光斑辐照度在(1000～1800) mW/cm2可调，光斑尺寸为1cm2，后工作距离为10cm。

运用密度泛函理论的B3LYP方法，在6-31G(d)基组水平上，计算了由Si2O2二元环组成的准一维SiO2纳米链及三元环(3MR)、四元环(4MR)、六元环(6MR)和八元环(8MR)组成的SiO2纳米管的Raman振动光谱。从Raman光谱发现纳米链和纳米管的径向呼吸振动频率随链或管长的增加而频率移动相反，即分别发生红移和蓝移，但随着链和管趋于无限长频率趋近稳定值；同时，随着直径的增大，振动频率减小。在小尺寸时，由于结构内部的应力影响使频率移动更明显，进一步对键长和键角分析说明，结构应力的作用使频率随尺寸变化发生移动。

根据辐射的叠加性，提出了一种用于卫星遥感无云地球大气背景辐射强度计算的理论模型。在利用该模型对晴朗无云地球大气背景的光谱辐射亮度进行计算时，使用迭代法解辐射传输方程并对大气采用动态分层。模型计算的结果与法国6S软件计算结果的对比表明：该模型以及计算方法对于无云地球大气背景向上的辐射亮度计算是精确可行的。且计算结果说明在可见光波段地球大气背景的辐射是很强的，而在红外强吸收波段，地-气系统的辐射很弱，主要来自大气的后向散射。

从能级角度出发，结合入射激光脉宽对粒子吸收方面的影响，用速率方程模拟了各能级粒子数的瞬时变化关系，给出了激光脉宽与能级寿命可比拟时反饱和吸收的动态解，表明粒子在能级上的分布情况。用C60和HITCI(1,1',3,3,3',3'-hexa methyl lindo tricarbocyanine Iodide)的实验参数理论模拟了激发态吸收截面大于基态吸收截面时透射率随光强的变化关系，用以说明大的上能级吸收截面可以抑制光强过大时引起的饱和吸收，增强材料的非线性光限幅特性。

鉴于动基座周视光电跟踪系统的基座俯仰和横滚角会造成天际线在红外焦平面阵列上所成的像不再与反射镜面俯仰轴在焦平面阵列上的投影平行，建立了动基座两轴周视光电跟踪系统的五自由度数学模型。重构了包含目标信息的天际平面在大地坐标系下的方程，推导得出了天际线在焦平面阵列上成像的解析表达式，并将其与反射镜面俯仰轴在焦平面阵列上的投影表达式进行了对比。天际线焦平面阵列成像的解析表达式可为目标可测、天际线不可测情况下，沿像的方向向量及其正交方向进行方位、俯仰补偿及目标方位解算提供理论前提。

基于自适应光学望远镜的成像特性，分析像斑中心亮度最大以及剩余波前误差最小两种情况下望远镜变形镜的最佳子孔径数范围，利用ZEMAX软件对驱动单元正三角形和矩形布局的变形镜波前校正进行仿真模拟，通过对含高速倾斜镜和不含高速倾斜镜两种情况下望远镜的分析，得到600mm自适应望远镜的最佳子孔径数。

针对空间光通信ATP伺服系统采用一种模糊PID参数自整定的控制方法，结合模糊控制与常规PID控制的优点，讨论了模糊PID参数自整定控制器的设计方法。利用MATLAB中的模糊控制工具箱进行了系统的辅助设计与仿真实验，并与传统PID控制系统进行比较。仿真结果表明，该控制方法明显优于传统PID控制，并能使ATP系统的视轴稳定性得到提高。

针对使用位置环的惯性稳定系统中存在因陀螺固有温度漂移特性引起的系统跟随位置误差，首先提出一种软件修正方法，给出此软件修正方法的理论基础及软件修正的具体实现过程，最后对此修正方法进行了实验验证。实验结果表明：在没有振动的情况下，修正程序能将漂移完全校正，效果良好；在存在振动的情况下，修正程序也能较好地校正漂移，但校正后存在1个或2个码值的误差。

针对LED广色域投影显示系统中色域过大带来颜色失真的问题，在时序工作方式中，采用在一个基色光工作时，同时加入一定比例的其他基色光作为辅助光，将该基色光的色品坐标移到所需位置的色域校准方法。另外，为了避免LED一致性差异和环境温度变化及工作时间对LED主波长和色品坐标造成的影响，提出利用一组XYZ色度传感器实时测量并反馈三基色LED色品坐标的方法。该方法通过对色域校准算法编程实现实时色域校准，达到了正确显示颜色的目的。

介绍了多种插值方法与曲线拟合方法，对光谱辐射照度标准灯在所需波长间隔上的照度值进行内插运算，包括这些方法的模型建立、参数计算及误差分析过程。得到了效果较好的插值方法及分段普朗克曲线拟合模型，其中拟合模型较好地体现了光谱辐射照度标准灯的灯丝发射率及灯壳的光谱透射比。最终结果的相对偏差接近国家级计量院提供标准灯的最佳不确定度0.2%。

自适应光学系统要求波前传感器能实现动态实时测量，曲率波前传感技术符合这一发展要求。一种新型的基于扭曲衍射光栅的曲率波前传感器在探测装置的实现方法方面具有较大优势，其波前重构已应用于光学度量。根据衍射光学理论，对其探测信号进行数值模拟，并利用Neumann边界条件的Green函数法对其波前重构进行数值模拟。结果表明：Green函数法归结为2矩阵相乘，计算速度快，达到实时重构要求； Green函数法对阶数不高的Zernike多项式重构效果较好；影响重构误差的主要因素是光强梯度的边界噪声。

光子晶体波导分束器是集成光学电路的重要组成元件。设计一种线缺陷1×4光子晶体分束器，用时域有限差分法研究其特性。实验结果表明:输出端的透射传输特性随入射光的波长和分支的几何形状有关，并且入射波分别相等地流入4个输出端口。为了减少1×4分束器在3个Y型分支区的反射，通过调节分支区的可调介质柱的半径R，可使每个输出端口输出较高的透射率。

增大视场角和相对孔径是提高水下微光摄影物镜性能的重要手段。介绍大视场大相对孔径水下微光摄影物镜的设计方法和特点。基于反摄远结构采用11片镜片设计了相对孔径为1/1.4,水下全视场角66°,焦距11.8mm的水下微光摄影物镜。质量评价结果表明:设计的摄影物镜成像质量优异，在空间频率为42lp/mm时0.7ω的MTF值高于0.5，且达到各项性能指标,能够满足水下微光摄影物镜对大视场大相对孔径的需求。

光电跟踪仪数据采集是利用DSP处理技术及多总线结构，实现电视跟踪通道、红外跟踪通道、激光测距机、光纤陀螺仪等多传感器数据的提取，并采用CPCI总线技术结合双端口存储器(双端口RAM)实现系统中信息的快速传输,为光电跟踪仪伺服控制系统提供可靠的数据信息。介绍数据采集系统的设计思想及工作原理，重点研究系统中各传感器的控制方式和接口设计等，并简要说明各系统之间的信息传输方式。

为了满足光电跟踪系统中对“蛇形”机动目标跟踪的要求，针对以前应用的Singer模型的缺陷，根据“蛇形”机动目标运动规律，提出一种机动目标转弯模型，结合扩展卡尔曼滤波算法，对典型“蛇形”机动目标进行跟踪。通过Monte Carlo仿真，实现了在平面内对“蛇形”机动目标位置的准确跟踪，并且距离均方根误差(RMSE)比Singer模型要小很多，从而验证了该方法的有效性。

在传统刀口仪的基础上，提出一种数字化刀口仪,利用该刀口仪可实现球面光学元件表面面形的定量检验。介绍数字刀口仪的组成、工作原理及测试过程等,并利用该刀口仪对一个半径为1000mm，口径为160mm的球面光学元件的面形进行了实际测量，给出了光学元件均方根值和峰谷值测量结果，最后对测量结果进行了讨论。

在先进的火炮动态性能测试系统中，光学系统固有的畸变使得不同视场下的实际焦距不同，间接地影响系统的测角精度。使用一种基于最小二乘法的焦距标定公式，标定不同视场下统一的焦距量，能够有效地降低畸变的影响。利用该方法测得某型火炮动态性能测试系统的测角精度为2.34″，将该系统的测角精度从20″提高到5″以内。证明改进的标定公式有助于提高系统的性能指标。

为解决薄膜厚度的高精度测量问题，提出一种基于相位偏移干涉术的薄膜厚度测量新方法，利用该方法对一个实际SiO2薄膜样片进行测试，通过对所获取的干涉图进行相位解包及数据分析处理，实现对薄膜样片厚度的精确测试。结果表明：该方法具有非接触和测量精度高等优点，所测薄膜厚度的峰谷值为0.162μm，均方根值为0.043μm，为薄膜工艺的进一步研究提供了检测方法上的技术保障。

提出一种新的光电经纬仪2站交会定位方法。该方法是在常用定位公式的基础上,实时计算弹道参数的精度,根据解算的弹道参数精度变化,动态确定加权系数。仿真结果表明：在不等精度光电经纬仪交会定位情况下，该方法能够有效提高两站定位的精度。

在对椭圆偏振测量的基本原理进行了简单介绍和推导后，讨论了椭圆偏振测量中椭偏参数关于薄膜参数的灵敏度以及入射角对椭偏参数的影响，并进行了具体的仿真分析,得到如下结论：椭偏参数Delta对薄膜光学常数和薄膜厚度变化的灵敏度明显高于椭偏参数Psi。在椭偏数据处理中，椭偏参数Delta的测量精度直接影响薄膜光学常数和薄膜厚度的拟合精度。为了提高椭偏参数Delta的测量精度，可以选择入射角在膺布儒斯特角附近。所得结论对高精度椭偏测量具有指导意义。

Y波导在集成光学系统中得到了广泛的应用，并拥有很大的潜力，近年来备受关注。因此了解它的各项指标至关重要。在Y波导的诸多指标中，分束比和插入损耗是2个重要指标。着重介绍了2个指标的测量装置及测量方法。对于分束比，分别采用波长为1300nm和1550nm的激光光源测量Y波导两尾纤的输出光功率。根据公式计算出分束比后，分析影响测量结果的主要因素，进行测量不确定度评定。对于插入损耗，主要是按照测量原理搭建测量装置，从理论上分析影响插入损耗测量的因素。通过对Y波导2个指标的测量，有助于更好地了解Y波导的性能。

以一直径为27mm，N=2,ΔN=0.5,B≤Ⅱ和θ≤2'的K9平面零件加工为例，详细介绍了增厚-光胶法控制超薄、变形平面的加工工艺流程及采取的关键工艺措施，并对加工过程中的参数进行了分析和总结，最后确定了保证该零件各项指标的量化参数。实践证明：该方法能够保证零件高精度面形及平行差要求，解决了超薄、变形零件在长期加工中出现的合格率低、返工率高现象。该方法在保证零件精度的同时，大大提高了生产效率，降低了成本，适用于批量加工。

大口径激光玻璃光学加工的特点是加工指标要求高、难度大，加工周期长，而质量控制是保障大口径激光玻璃光学加工质量满足要求和促进工艺进步的管理手段。从质量控制和质量管理的角度出发，阐述了在大口径激光玻璃光学加工中质量控制的特点和质量控制的方法,其目的是通过流程检验和控制，人员、设备、物料管理，环境管理，以及先进的质量控制和分析方法的应用来提高加工的质量稳定性和合格率。实践证明:在大口径激光玻璃光学加工中推行质量管理，产品的合格率和加工效率得到了较为显著的提高。