超音速化学氧碘激光器(SCOIL)是一个集气体流动过程、化学反应过程和光学过程相互耦合的复杂系统。在激光能量提取过程中，光能的输出会导致流动增益介质各组分浓度及气动特性的改变。利用计算流体力学软件耦合傍轴波动方程求解程序，实现了三维Navier-Stokes流场控制方程与波动光学方程的全三维耦合计算，研究了出光过程中超音速流场及化学反应过程的变化。结果表明，此计算方法有效解析了能量提取过程对激光器流场、化学场诸参量的动态影响，光能提取过程促使气流中的单重态氧不断地提供抽运能量而被更快地消耗；在不同的提取效率下，腔内温度在光能提取前后的变化情况不同。

采用一级谐振两级放大的系统结构和激光单元分块设计方法，研制出了工业大功率脉冲固体激光器。在输出平均功率为957 W连续运转2 h后的功率不稳定度为2.5%，光电转换效率为3%，光束质量达到22 mm·mrad，激光耦合进入0.6 mm的光纤，放大级之后最高输出功率达到1125 W。

为了从理论上对光击穿辐射声波进行定量描述，在点源模型的基础上提出了一种改进的水下光击穿声辐射计算方法，利用波动方程和水下爆炸理论求解单点击穿的辐射声波，并推导了多点击穿的辐射声波。从理论上对多点击穿的声压波形、声源级、传播特性和指向性进行了定量计算，并通过实验数据对比进行了验证。结果表明，计算与实验结果是一致的，证明了该方法的正确性和有效性；当激光能量从0.1 J增大至0.8 J时，声源级从182.4 dB增至188.2 dB；当激光能量高于0.3 J时，声源级变化很小；在垂直等离子柱体的方向上声波辐射最强，在等离子柱体方向辐射最弱，所有方向上声波强度均与距离的平方成反比。

为了解决现有矢量偏振光束(VPB)产生装置结构复杂、成本高等问题，提出了利用一种由多个线型偏振器件构成的同心圆环装置即显偏器(PAF)产生矢量偏振光束的新方法。基于显偏器的特殊结构特点，由LED光源输出的自然光束经显偏器，可产生角向偏振光束(APB)，再经两个快轴成45°角的半波片可将角向偏振光束转换成径向偏振光束(RPB)。采用此方法获得的矢量偏振光束经线偏振片验证其光强分布情况，研究发现所得结果与已发表的实验结果相符，验证了该方法的有效性和实用性。

针对一种将多个半导体激光器(LD)芯片串联驱动，通过光纤耦合进行功率合成，构成光纤耦合高功率输出激光模块的特殊驱动要求，研发了小型化高效率激光电流源组件和小型化高效率半导体制冷(TEC)LD模块温度控制组件。组件工作温度范围为-45 ℃～55 ℃，实验证明达到了设计性能指标要求。建立了LD模块驱动电流源电路的数学模型，提出了LD模块电流源控制电路的数字化实现方法，并利用ADuC831单片机实现了数字化设计。给出了一种基于TEC的LD模块温度控制组件的结构，建立了简化、实用的温度控制系统数学模型，对TEC的性能系数ξ、控制端的热量Qc和TEC的工作电流I进行了寻优控制，减小了激光器输出波长随温度的漂移。

在飞秒太瓦激光装置中，高效率的压缩光栅是获得高峰值功率飞秒激光输出的最重要光学元件之一。虽然光栅安装在无油的真空室内，但当光栅受到强激光的辐照时，真空中残存的气态有机物会被碳化并沉积在光栅表面，使得光栅受到“污染”，衍射效率大大降低。激光辐照累积的热量会导致光栅结构发生变化，甚至会造成光栅的永久损伤。为此发展了用等离子体来清洗光栅表面污染层的方法，实验结果表明该方法非常有效地清洗了光栅表面的污染，提高了衍射效率并避免了光栅的损伤。该方法简单，易于操作，可以安装在压缩光栅真空室上，在不影响真空室里面的光学元件情况下可以实现实时清洗。

为解决激光陀螺人工调腔质量低、效率不高等缺点，提出一种由CCD相机和光电倍增管构成的多传感器信息融合调腔检测方法，该方法同时检测光斑、光阑中心点及陀螺损耗值，并将这些信息送入融合中心，经过融合计算得到陀螺调腔是否合格的综合判断。融合系统采用动量BP神经网络对多源信息进行融合，根据调腔过程中的输入、输出情况，设计包含输入层、隐含层及输出层的3层网络拓扑结构。实验结果表明，此种方法对激光陀螺调腔质量是否合格判断准确率为93.81%，比人工采用单一传感器分步检测准确率提高了6%。

以内光路系统的原始模型和缩放模型为研究平台，结合热传导方程、热弹性运动方程以及光场的角谱衍射理论，对两个模型中热变形像差及其波前预补偿分别进行了模拟计算。进行波前预补偿前，缩放模型和原始模型的计算结果基本相同，均表明热变形像差主要包括像散项和离焦项，其中，像散项的大小由强激光在反射镜上的入射角度决定；而进行波前补偿后，缩放模型在镜面热变形和光学特性等各方面的结果均能与原始模型保持吻合，且两个模型之间能够实现很好的数值反演。

进行了多路光纤激光相干偏振合成理论和实验研究。基于主动锁相技术实现了4路光纤激光的相位锁定和相干偏振合成输出，合成效率达84.9%，验证了偏振合成向多路多模块发展的可行性，并提出了拓展方案。

半导体激光器散热是在热源至热沉之间尽可能提供一条低的热阻通路。其主要目的是降低外热阻(即激光器芯片至散热空间的热阻)，使发热激光器芯片与被冷却表面之间保持一个低的温度梯度和良好的热接触。对于接触热阻冷却方法，人们往往根据自身的研究对象，用实验方法来解决接触热阻的问题。通过对单管合束模块整体热阻逐步进行分析,通过软件模拟和结合频率红移法对激光二极管热阻进行测量，得出单管合束模块整体散热热阻小于0.25 ℃/W。此散热模块可以满足百瓦级半导体激光器的散热要求。

损伤零件缺陷区域的三维形貌检测对于激光机器人加工过程的智能化具有重要作用。系统实现了激光加工中损伤零件的缺陷识别，并提出损伤零件缺陷边界检测的高精度算法。利用基于点特征面积累加的法矢法识别出缺陷边界点，生成初始缺陷边界，针对初始缺陷边界具有不连续、多分支、锯齿状边界等问题，提出了三步优化处理方法，最终得到封闭、高精度的损伤零件的缺陷边界。系统运行处理速度快，精度高，可完全满足工业零件智能化激光再制造的要求。

以镁基焊丝为填充材料，采用双光束激光熔钎焊的方法对AZ31B镁合金/不锈钢的焊接特性进行了研究。分析了不同工艺参数对焊缝成形、接头力学性能和断裂行为的影响。结果表明，采用双光束进行填丝熔钎焊能够获得较满意的外观成形，无明显缺陷，焊接工艺范围较宽。接头拉伸均断裂于熔化焊的镁侧焊缝及热影响区(HAZ)，最大剪切强度为193 MPa，达到镁合金母材强度的71%。组织分析发现焊缝和HAZ的晶粒粗大，成为接头的薄弱部位，是接头失效的主要原因。钎焊侧界面发生了冶金反应，界面处生成1~2 μm的反应层。

针对现有送粉喷嘴粉末汇聚性差、出粉口容易堵塞以及受热变形的缺点，设计了一种四孔式同轴送粉喷嘴。喷嘴中央为激光束及保护气通道，沿中心锥孔轴向均布的4个小孔，为粉末通道。建立了数值计算模型，应用FLUENT软件对粉末通道不同出口形状和不同倾角条件下粉末流场情况进行数值模拟，选择最优方案。计算结果表明，在其他工艺参数一定的前提下，采用收缩出口与粉末通道倾角为70°时有利于改善熔覆成形效果。最后利用研制的送粉喷嘴进行粉末汇聚、激光熔覆成形等实验，验证该送粉喷嘴的实验效果。

采用宽带激光光斑和填粉焊接技术，在不使用钎剂的情况下进行6061铝合金/镀锌钢板的熔钎焊接实验。分析测试了接头成形、焊缝组织和接头强度，并探讨了影响接头强度的因素。结果表明，采用此方法可实现6061铝合金/镀锌钢板的熔钎焊连接。选用优化的焊接工艺参数获得了成形饱满，无裂纹、气孔等缺陷的焊缝。焊缝熔宽和金属间化合物层厚度随焊接热输入量的增加而增大。熔钎焊缝中金属间化合物由Al-Fe和Al-Fe-Si系统化合物组成。拉伸试样均断裂在钎料/镀锌钢界面，接头最大机械抗力为152.5 N/mm，断口呈脆性断裂特征，钎料/镀锌钢界面为接头的薄弱环节。拉伸试样铝一侧断裂面由Al5Fe2Zn0.4和α-Al组成。焊缝熔宽、金属间化合物层厚度共同决定了接头的机械抗力水平。

提出了一种新的基于采样光纤布拉格光栅(FBG)的双峰(DW)滤波器实现方法。通过改变采样之间的直流折射率，在FBG中引入相移；利用占空比为1的余弦函数采样，抑制除±1级以外的所有波长通道。该设计制作方法具有波长设计灵活、制作精度要求低与成本低的优点。对均匀直流相移光栅、采样直流相移光栅与传统离散相移光栅进行了比较与实验制作，结果与理论相吻合。实现了波长间隔为0.08 nm的DW滤波器，证明了该方法的可行性。

为了扩大应变测量的范围，提出了使用两个分布反馈式(DFB)激光器作为光时域反射光纤光栅(OTDR-FBG)传感系统的光源的方法，并设计了相应的纳秒脉冲驱动电路和温控电路，得到两个激光器的驱动脉冲宽度分别为3.10 ns和3.18 ns，脉冲幅值分别为4.40 V和4.08 V，温度控制电路精度达到±0.04 ℃。经测试得到的纳秒脉冲和温控精度满足OTDR-FBG传感系统的要求。

基于耦合模理论及传输矩阵法，给出了级联长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅系统(CLBG)的耦合模方程与总传输矩阵，理论模拟了CLBG的反射谱，得到的反射峰位置与已知文献中所给出的两个反射峰的位置关系相吻合。在此基础上，模拟了镀膜CLBG之间的光纤长度、薄膜折射率、薄膜厚度等参数对反射谱的影响。由仿真结果可知，CLBG反射峰中受长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅共同影响产生的反射峰对外界环境的变化非常敏感，其对薄膜折射率的分辨率较单个镀膜长周期光纤光栅高2个数量级，表明CLBG在薄膜传感领域具有重要的应用价值。

提出一种克服色度色散影响的四倍频光毫米波信号产生方法。该方法使用一个双驱动马赫曾德尔调制器，通过调整上、下两路射频信号的相位差、直流偏置点、调制系数以及基带信号增益，将数据信号仅调制到四倍频光毫米波信号的一个2阶边带上传输，解决了色度色散引起的码元走离问题，有效增加了传输距离。理论分析和仿真实验结果表明，信号在光纤中传输120 km后眼图仍然十分清晰，经过60 km传输后的功率代价约为0.45 dB。另外，基于频率再用技术，没有调制数据的另一个2阶边带信号还可以作为全双工光纤无线通信(RoF)系统的上行链路光载波，简化了基站配置。仿真实验结果表明，双向2.5 Gbit/s数据信号在光纤中传输40 km后，功率代价小于0.6 dB。

提出一种新型的高双折射双芯光子晶体光纤(PCF)模型，通过将最内层8个空气孔替换为4个椭圆空气孔来增大光纤的结构不对称性；通过改变两纤芯间的空气孔大小、椭圆空气孔的椭圆度以及孔间距来分析光子晶体光纤的双折射度、耦合长度以及色散特性。结果表明，双芯光子晶体光纤的模式双折射度达到10-2量级，耦合长度达0.1367 mm，在1.0~1.6 μm波长范围内具有超平坦色散特性。

针对无线光通信脉冲位置调制(PPM)与信道编码的结合应用，提出了一种多级编码调制方案，利用多级编码的多级标签结构，将PPM符号所对应的分组比特分拆到不同子码通道的码字中，同时结合PPM的信号集分割和极大似然检测解调方法，推导了方案的多阶段解调译码算法。在弱湍流大气条件下的仿真分析表明，PPM多级编码调制相对单级编码调制在误码率10-6下获得0.85 dB以上的增益，且可实现对不同重要程度信息段的不等差错保护。在分量码码型给定的条件下，按纠错能力逐级配置分量码并采用所推导的多阶段解调译码，可为系统提供更好差错性能，优于直接的并行译码方法。

结构健康监测中，光纤布拉格光栅(FBG)传感器性能蜕化将会严重影响整个监测系统的稳定性和准确性。而高温、高压等恶劣条件，均可能导致FBG传感器性能蜕化。基于光纤光栅传感器温度传感原理，分析了温度引起光纤光栅传感器性能蜕化的机理，并通过软件仿真和相应温度循环实验，分别考察了温度对不同FBG传感器性能蜕化的影响。实验结果表明，温度对FBG传感器性能蜕化的影响与FBG传感器自身质量参数有关。对于普通FBG传感器，随着温度循环次数增加，反射光谱峰值逐渐降低；而对于刻写完成后，光纤中仍含有少量氢分子的FBG传感器，随着温度循环次数增加，反射光谱不仅峰值逐渐降低，而且中心波长逐渐发生蓝移。

介绍了在SF6气体环境下由不同脉冲能量的飞秒激光在硅表面蚀刻出的尖峰结构的变化。其中，硅表面形成的尖峰高度先是随脉冲能量的升高而增加，然而当脉冲能量增加到一定程度时，脉冲能量的继续升高却会导致尖峰高度的降低。尖峰高度在开始阶段的增加是由于激光的消融作用；而过高的能量在前几百个脉冲入射后无法穿透到硅材料深处，聚集在硅表面的能量除了引发最外层的硅材料的飞溅，还使次外层的硅一直处于熔融状态，这种状态阻碍了尖峰结构的形成，即使后继能量顺利导入内部，但由于前一部分脉冲对尖峰结构的形成并无贡献，因此表面的尖峰高度反而有所降低。

利用电子束热蒸发技术在不同氧分压和烘烤温度下镀制了一系列TiO2单层膜，采用表面热透镜技术测量了样品在1064 nm处的弱吸收值，并用激光损伤测试平台测量了样品的抗激光损伤阈值(LIDT)特性。实验结果表明较高的氧分压和较低的烘烤温度能显著减小薄膜的吸收值。不过薄膜在基频下的损伤阈值除了受到薄膜吸收值的影响外，还取决于基底表面的杂质密度，当薄膜吸收较大时，本征吸收对损伤破坏起到主要作用；随着薄膜的吸收逐渐减小，基底表面处的缺陷吸收逐渐取代本征吸收成为影响薄膜损伤阈值的主导因素。

采用脉冲激光沉积法(PLD)在单晶硅基底上制备了WSx固体润滑薄膜。利用X射线能谱仪(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对薄膜的成分、形貌和微观结构进行了分析，采用球盘式磨损试验机在大气(相对湿度为50%~55%)环境下评价薄膜的摩擦学特性。结果表明：薄膜中S和W的原子数分数比(简称S/W比)在1.05～3.75之间可控，摩擦系数为0.1～0.2；S/W比高于2.0时薄膜成膜质量和摩擦系数显著恶化。正交试验法得出影响薄膜S/W比的因素主次顺序分别是气压、温度、靶基距和激光通量；最优工艺参数是温度150 ℃、靶基距45 mm、激光通量5 J/cm2、气压1 Pa，可获得结构致密、成分接近化学计量比的WSx薄膜。

建立圆环形聚焦平面光束通过Kolmogorov湍流大气的远场传输模型，考虑实际CCD所存在的“死区”及非线性饱和效应等非线性光电响应特征，以中心遮拦比为0.5的圆环形聚焦光束为例，分别计算了其通过不同强度湍流大气传播至远场焦平面上的实际真实远场光强分布曲线和CCD测量远场光强分布曲线，并以峰值斯特雷尔比RS、光束质量因子β和环围能量比Ree三种参数作为评价远场光斑质量的指标，考察了死区大小以及光斑非线性饱和程度对实际远场光强分布的测量和光束质量评估的影响，对计算结果以及减小测量误差的解决途径进行了分析讨论。

针对基于正弦波磁光调制的方位对准系统存在方位失调角对准范围小的问题，在阐述了方位对准原理、分析磁光调制后混合信号成分的基础上，提出了一种空间大范围方位自动对准方法。通过磁光调制前后交流信号(AC)的相位对比得出了判断失调角正负的方法，利用方位对准系统中下仪器的初始架设位置和转动方式实现了初始光强的自主测量，在此基础上利用大角度范围内采集的磁光调制后的直流信号(DC)建立了粗略失调角的计算模型，并详述了具体实现方案，下仪器在粗略失调角信号的控制下逐渐转动至小角度范围内。之后，利用磁光调制后采集的交流信号实现了小角度范围内失调角的精确测量，两个模型紧密配合保证了空间大范围方位自动对准。仿真结果表明，提出的方法理论上可以实现-90°~90°范围内较高精度的自动对准，有效扩大了方位失调角的对准范围，解决了传统的方位对准范围小的问题。

为了实现皮秒拍瓦激光的精密测试，研制了专用的皮秒自相关仪。选用无色散元件，提高了测量结果的可靠性。采用自标定方法标定时间分辨率，用超限法标定时间测量范围，用极值法标定脉冲响应特性。实验结果表明，皮秒自相关仪的时间分辨率为0.1 ps/pixel，时间测量范围为26 ps，脉冲响应特性的值为300 fs。该皮秒自相关仪能够满足皮秒啁啾脉冲的时间宽度精密测试要求。

基于T矩阵法，取入射激光的波长分别为300、633、800 nm，对正庚烷火烟颗粒群分形结构的多分散模型、单分散模型以及等体积的球形模型的光散射Muller矩阵元素随散射角的分布特性进行了详细的比较分析。结果表明，当λ=300 nm时，散射光能很好地反映正庚烷火烟颗粒凝团的分形结构及凝团中基本颗粒的分布特性；当λ=633 nm时，正庚烷火烟颗粒群分形结构的多分散模型和单分散模型的光散射特性基本一致；当λ=800 nm时，正庚烷火烟颗粒群3种模型的光散射特性趋于一致。

提出了一种提高纳秒光脉冲单次测量动态范围的方法，其中光纤脉冲复制环用来产生时域上幅度呈指数递减的脉冲复制串，有效环增益为0.955。经软件补偿脉冲复制串使其具有相同的幅度，然后累加平均前18个脉冲，能够将注入的单发纳秒光脉冲动态范围提高2.74倍，这样就可以实现利用光电探测管和示波器对1001高对比度的惯性约束核聚变(ICF)脉冲测量。

采用拍频法对两台同类型号独立激光器的稳定度进行了测量。从拍频理论出发，得到了拍频信号稳定度与待测激光器和参考激光器稳定度三者所满足的平方和关系，对于稳定度一致的两台同类型号激光器，由拍频信号稳定度可以得到待测激光器的稳定度。实验中将New Focus公司生产的两台同类型号激光器(TLB-6017)进行拍频，根据拍频信号稳定度测得激光器稳定度为1.36×10-8，频率漂移量为5.1 MHz(1 s积分时间)。实验结果与激光器出厂指标[稳定度1×10-8、频率漂移量5 MHz(1 s积分时间)]相比，稳定度在同一量级，频率漂移量的相对误差为2%。此方法避免了通常测量激光器稳定度时所需的高稳定度参考光源的限制，为激光器稳定度的测量提供了一定的参考。

在旋转补偿器椭偏仪(RCE)的基础上，提出了一种自校准的波片相位延迟测量方法。该方法将补偿器的相位延迟作为未知参数，根据Mueller矩阵理论建立了4个非线性方程，求解得到待测波片的相位延迟；实现了补偿器相位延迟的自校准，消除了其定标不准确带来的系统误差，尤其适用于多个波长的波片延迟测量。在此基础上建立了一套波片延迟测量系统，并分析和模拟了各种主要的误差源对系统测量精度的影响。结果表明，对于任意延迟的波片，测量系统最大的系统误差和随机误差分别为0.036°和0.040°。此外，使用该方法分别测量了λ/4波片、λ/2波片、127°波片和空气(不放入任何样品)在波长517.3、525.0、532.4 nm处的相位延迟以评估测量系统的性能，其中空气的相位延迟代表测量系统的测量精度，与模拟结果基本一致。

在物光通过透镜系统到达CCD平面的彩色数字全息研究中，将每一色光的像视为像空间中的物体。基于全息图补零的一次傅里叶变换(1-FFT)重建方法，导出既能较好地统一不同色光重建物体的物理尺寸，又能考虑透镜色差影响的彩色数字全息图像重建方法。对该方法的研究结果表明，透镜色差的影响等效于让物体的重建像偏离了理想的重建像平面。然而，数字全息重建图像具有一定的焦深，在多数情况下，可以忽略透镜色差的影响，利用厂家给定的焦距标称值获得满足实际需要的彩色重建图像。

为了提高光学联合变换相关器(JTC)的目标识别能力，基于相似性度量原理，提出了一种新颖的相关输出图像数字处理算法。实验结果表明，该算法能够准确地识别旋转畸变－4°到＋10°及缩放比例畸变70%到140%范围内的待识别目标，极大地提高了光学联合变换相关器的畸变不变容忍度。

针对城区激光雷达点云提出一种全自动分类方法。采用具备一定抗过分割能力的拓扑启发式分割算法对栅格高程图像进行面向对象分割；依据迭代最大类间方差(Otsu)聚类方法及两种拓扑模型实现地面图斑对象与非地面图斑对象初步分离，并合并邻接非地面对象；在地物对象中引入多次回波比率检测树木对象，采用区域面积、建筑物高度等条件区分建筑物及其他两类地物，并依据栅格索引分类。选择具有丰富地物类型的典型城区点云数据进行实验，结果表明，该算法具有良好分类精度及较强实用价值。

条纹管成像激光雷达(STIL)是一种新型闪光式激光成像雷达，具有大视场、高分辨率、高帧频等优点，其条纹数据的准确提取是后期目标图像三维重构的关键，现有的峰值探测法忽略了噪声与CCD采样误差对目标条纹数据偏差的影响，在提取条纹数据时存在较大的误差。针对其影响并基于对特定回波波形及理论回波波形的分析，提出了一种新的条纹数据提取算法，不但能够有效降低噪声和CCD采样误差对条纹数据提取的偏差，更能够方便地去除系统的整体综合噪声。为验证该算法的准确性，设计了阶梯目标成像实验，实验结果表明该方法可以明显提高条纹管成像激光雷达条纹数据提取的精度。

利用单个盖革模式雪崩光电二极管(Gm-APD)对单脉冲测距的激光雷达探测性能进行了研究。从Gm-APD进行单光子探测的模型出发，研究长死时间情况下，单脉冲多次累积探测的探测概率(PD)和虚警概率(PFA)。研究目标区间在选通门中的位置及平均信号光电子数的变化对PD、PFA的影响；对不同次数累积探测下的PD、PFA做了比较和分析。理论研究和数值计算结果表明，累积探测能够提高探测性能，增加累积次数到3次，就可以非常明显地提高探测性能；控制好选通门的开启时间，可以明显提高探测性能；在接收一个激光脉冲时，只需产生4个光电子数就可以使探测性能基本达到最佳。

在基于布里渊散射的分布式光纤传感系统中，沿途光电检测信号信噪比(SNR)过低为被测量的信息反演带来困难。针对高精度解调传感布里渊散射谱的布里渊频偏量的需求，提出了一种利用粒子群优化(PSO)和拉凡格氏(L-M)混合优化算法对传感散射谱进行特征提取的方法。利用PSO算法粗调得到一组全局最优解，再以全局最优解作为L-M算法的初值，最终将L-M算法的运算结果作为结果输出。它克服了PSO算法过早收敛于局部极值和L-M算法依赖初值的问题，保证了求解的速度和精度。数值分析表明，新算法适合对不同权重比、不同线宽和低SNR、大测量范围情况下的散射谱进行参数估计，并且在SNR为10 dB的情况下得到的绝对误差仅为2.18838 MHz，优于其他两种算法。实验研究表明新算法适用于多种脉宽状况下的布里渊散射谱的特征提取，并可有效提高预测精度。

优化设计了365 nm紫外LED点光源阵列、聚焦透镜组的排布，实现了高强度均匀辐照的LED面光源。利用优化后的365 nm LED面光源进行了接触式曝光光刻实验，所得刻写图形与掩模板图形一致。提出的基于365 nm紫外LED阵列均匀辐照面光源的光刻方法具有结构简单、节能、环保等优势。

同轴三反射光学系统具有体积小、装调精度要求低，且成像质量好等优点，因此在高分辨率航天遥感领域有着广泛的应用前景。通过初级像差理论求解了同轴三反光学系统的初始结构参数，设计了焦距25 m，F数为12.5的同轴偏视场三反光学系统。设计结果表明，该系统采用矩形视场偏置，杂光少，引入折叠镜后系统总长f′/6.0~f′/6.6，结构紧凑，视场角达0.6°×0.3°，适合线阵时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)传感器以推扫方式成像，空间频率50 lp/mm处，各视场的调制传递函数(MTF)均大于0.47，接近衍射极限，成像质量良好，特别适用于高分辨率对地精细观测等领域。

为了实现共轴偏光瞳折轴三反射光学系统的高精度装调，提高其光学成像质量，研究了大口径非球面反射镜的微应力装配以及光学系统共基准的调校方法。采用光学定心加工实现主、次反射镜光轴基准与相应构件机械轴基准的高同轴度；采用Zygo激光干涉仪检测波像差，指导主镜、次镜以及三镜的装配过程，保证各反射镜装配组件完成后的面形精度与裸镜一致，并最终指导完成主次镜光学系统以及三反射光学系统的像质调整。此外，由于整个光学系统是偏轴使用的，推帚方向垂直于电荷耦合器件(CCD)线阵方向，采用折轴镜旋转并修切折轴镜垫圈的方法来消除由于折轴镜倾斜而引入的系统像散。实际装配结果表明：光学系统各个视场处的成像质量均达到系统装配指标，光学系统波像差均方根(RMS)值小于0.07λ，传递函数(MTF)大于0.57。