光子集成干涉成像系统具有体积小、质量轻、能耗低、分辨率高的成像特性,有望取代传统大口径望远镜实现远距离探测。研究了光学干涉探测成像原理,建立了空间目标干涉图像复原模型。研究了微透镜阵列排布对成像质量的影响,提出了微透镜阵列设计方法。研究了光学相干基线匹配对空间目标频谱覆盖的影响,提出了能够高效覆盖高、中、低频谱的相干基线匹配方法。最后,比较了不同的微透镜阵列排布和干涉基线匹配方式下目标图像仿真复原效果。结果表明,所提微透镜阵列排布方式和干涉基线匹配方法能够提升空间目标频谱覆盖,提高目标图像复原质量。

针对胶粘固定的透镜会由于透镜、镜框和粘结层的材料热膨胀系数不匹配而在透镜内部产生径向应力，影响系统光学性能的问题，对无热粘结厚度进行研究以最小化甚至消除这种径向应力。首先，对现有的几种基于胡克定律推导的无热粘结厚度方程进行了分析对比，对粘结层提出了一种新的约束，并由此推导了一个无热粘结厚度的简化近似方程，通过修正粘结层轴向约束得到改进的近似方程。然后，采用有限元方法，对几个粘结层高宽比不同的胶粘透镜装配体进行了热应力分析，得出它们的无热粘结厚度仿真解。最后，将仿真解与解析方程计算的数值结果进行对比，指出解析方程的适用范围。对比分析表明：改进的近似方程适用于粘结层高宽比小于1/10的情况；高宽比在1/10~1/3之间时使用高宽比近似方程较好；简化近似方程适用于高宽比大于1/3的情况。结果显示，无热粘结厚度的解析方程在各自的使用范围内具有足够的准确性，能够满足各种工程应用的需要。

由于光学元件和装配材料热膨胀系数的不匹配, 在环境温度变化时会导致光学元件中产生热应力, 并引起光学元件表面产生变形, 影响光学系统的性能。针对光学元件的粘接固定方式讨论了连续边缘粘接引起的热应力和变形的分析方程, 得出连续边缘粘接无热厚度的解析方程。采用有限元分析软件对胶粘固定光学元件进行了建模和热应力分析, 得出光学元件边界处的热应力的数值解, 并与方程计算的解析结果进行了比较。对比计算和分析结果表明: 简单的解析解可以很好地评估热应力和变形; 采用合理的粘接厚度可以消除或最小化光学元件径向热应力, 实现光学元件装配的无热设计。

传统成像光学系统的点扩展函数（PSF）峰值位置在其光轴上，斯特雷尔比(SR)定义为有无像差轴向PSF强度之比，而波前编码系统在光瞳处相位变化为非旋转对称式，其PSF在像面上将产生偏移，利用PSF的轴向强度计算光学系统斯特雷尔比将不再适用。分析了三次相位掩模板PSF的位置偏移量，其是以焦面为对称轴的抛物线族。并在此基础上提出了适用于评价波前编码系统的非轴向斯特雷尔比(SRWC)，分析了非轴向斯特雷尔比的变化特性，其幅值与相位板参量成反比。并利用非轴向斯特雷尔比研究了PSF的一致性及可恢复性问题，阐述了影响PSF一致性和可恢复性的因素。最后，提出了基于非轴向斯特雷尔比相位板参量的优化方法，该方法给出了相位板参量与系统一致性和可恢复性之间的定量关系。