为更好地解决少模光纤在传输中由于模式耦合过强而导致的信号串扰问题，对弱耦合光子晶体光纤中的线偏振（LP）模式以及矢量模的传输特性进行了研究，设计了一种可传输20种矢量模的双包层光子晶体光纤。通过有限元法模拟光纤参数对相邻LP模式间最小有效折射率差的影响，优化结构参数，使光纤支持稳定传输6种LP模式并满足弱耦合要求。最后分析了不同模式的有效模场面积、弯曲损耗。结果表明：各模式之间的最小有效折射率差达到1.12×10⁻⁴，表明模式间的串扰可忽略。基模有效模场面积达到了1040 μm²，且其相应的非线性系数低至1.07×10⁻¹⁰。此外，在弯曲半径为38 mm时，各模式弯曲损耗最大仅为5.65×10⁻⁸ dB/km。与主流的单模光纤及少模单包层相比，该结构具有大模场面积，低模间串扰及更强的抗弯曲能力，丰富了空分复用技术的开发思路。在大数据、虚拟现实、网络传输容量等新兴业务以及光纤传感方面提供了有益的参考方案。

中子探测中，由于存在非弹性散射和慢中子捕获等作用，形成了n/γ混合辐射场，增加了中子探测的复杂性。有机闪烁体因其闪烁效率高、衰减时间短、探测效率高被广泛应用于中子探测。脉冲形状甄别是根据有机闪烁体中粒子衰减时间不同引起的脉冲形状差异来甄别n/γ的关键技术。传统脉冲形状甄别方法包括时域和频域甄别方法；近年来，各种机器学习技术也相继应用于n/γ甄别，并取得较好效果。为了更好地使用有机闪烁体和n/γ甄别方法进行中子探测，我们从有机闪烁体的发光机理、脉冲形状甄别原理、有机闪烁体类型及n/γ甄别方法等方面进行了较为全面的分析和综述，并总结了有机闪烁体和n/γ甄别方法的各种性能评价指标。最后，对有机闪烁体和n/γ甄别方法的发展趋势提出了展望。

针对共光路系统对环境温度的适应性问题，以温度-光学变形特性研究为基础，提出了一种基于综合传热的主镜组件分区域热控方法。建立了主镜组件的传热模型并分析了典型热控工况下的温度分布特性；对不同材质的主镜进行了热仿真，以热光学试验结果修正模型，使主镜温度场的仿真与实测结果绝对偏差小于1.4 ℃，同时确定了主镜组件的温度梯度控制阈值；采用分区传热策略，使主镜组件达到高温升水平、低温度梯度的热控目标。以某主镜组件为对象进行了仿真与试验：当主镜平均温升达到16 ℃以上时，镜体轴向温度梯度≤2.5 ℃，径向与周向温度梯度≤2.4 ℃，主镜面形变化量小于0.005 λ，该结果可为共光路系统的整体热控方案设计提供优化思路。

在光学加工领域，采用功率谱密度（power spectral density, PSD）对误差频谱方面信息进行表征，但是功率谱密度是表面误差统计信息，不如峰谷值 (peak-valley，PV)和均方根值(root mean square，RMS)直观。为了分析功率谱密度与工艺参数之间的关系，该文从PSD定义出发，分析了随机面形轮廓不同参数对光学PSD的影响规律，总结了PSD控制的要点，在平面玻璃上对数控抛光典型路径下加工的PSD曲线进行分析。分析结果表明：PSD与随机轮廓幅值、频率分布有关，相位对它几乎无影响；在RMS接近情况下，PSD线性拟合斜率和RMS Slope随随机轮廓的自相关长度增加而下降；短程加工路径相较于长程有序路径能够有效抑制PSD曲线峰值，使得光学元件符合频谱抑制要求。

衍射光学元件较球面、非球面光学元件在校正色差方面具备较大优势，尤其是在红外光学领域，应用衍射光学元件可进一步增加光学系统的设计自由度。随着红外光学市场的进一步增大，常规的衍射光学金刚石车削技术难以满足大规模需求，精密模压技术成为解决上述问题的关键技术。模具设计是实现精密模压的重点，为了缩减模具设计周期，该文采用有限元仿真方法对模具进行预先设计及补偿，并试加工。采用单站式精密模压机对设计的模具进行了精密模压试验。模压试验结果表明：采用合理的工艺参数，能够实现衍射光学元件面形精度PV达到0.56 μm，位置误差<0.011 mm，环带高度误差<0.12 μm，验证了仿真预先补偿在衍射光学模具设计中的有效性。

为解决光电跟踪仪跟踪精度测量过程中光束大范围指向的模拟问题，设计了一种大口径、高精度二维快速控制反射镜（fast steering mirror, FSM）。采用微晶材料设计了长、短轴分别为230 mm和160 mm的椭圆形平面反射镜，面形精度优于λ/30。采用音圈电机驱动，通过柔性支撑铰链设计及DSP嵌入式控制系统，运动行程达到±30 mrad，运动控制精度达到5 μrad，运动控制线性度优于±0.20%，角分辨率优于1 μrad。通过软件控制，实现对入射光束圆形轨迹运动、直线轨迹运动、随机运动等形式的运动模拟。最后，对设计指标进行实际测试，可以满足跟踪精度光束动态模拟的测试需求。

近年来，磁流变抛光作为一种确定性加工方法已成为获得高精度非球面的重要手段。作者以回转对称二次抛物面为例，分析了磁流变抛光中使用抛光轮校正工件位置的理论方法，并通过实验在Φ230 mm熔石英样件上验证对刀理论，分别在X方向和Y方向以少于3次的调整次数校正工件位置，实现了X方向、Y方向偏置量均低于0.009 mm；采用磁流变抛光技术对工件进行了修形实验验证，加工后面形精度RMS由λ/7收敛至λ/40。实验结果表明：作者提出的非球面工件位置对刀校正方法简单、可靠，能够很好地对工件进行精确定位，利于高精度非球面磁流变抛光加工。