以杂散光在探测器像面平均照度低至6等星为例，首先从理论及工程应用角度对星敏感器遮光罩进行论证、设计、仿真、测试，并提出在遮光罩设计阶段应该充分结合光学镜头、星点提取算法、技术要求特点，确定遮光罩有效通光口径、视场、外形包络尺寸、消光性能；其次，利用几何作图的方法确定遮光罩挡光环位置、刃口倒角角度、刃口倒角朝向，并建立起散射关键面；然后，根据仿真过程中一次散射与多次散射对像面照度的影响确定刃口厚度；最后，通过仿真和实验室测试方式证明所设计的遮光罩结构合理，可满足太阳光抑制低至6等星，星敏感器受杂散光影响测量精度偏差在2″以内。

设计了一种具有引射结构的挡板用以遮挡红外抑制器内部高温部件，同时挡板结构引射环境冷气对其自身表面降温，以大幅度降低红外抑制器红外辐射。采用数值模拟的方法研究了弓形挡板构型对红外抑制器气动性能、温度场与红外辐射强度空间分布的影响。结果表明：与无挡板结构(Case0)相比较，挡板结构将二元引射喷管的引射系数提高115%，红外抑制器的热混合效率增加273%，但红外抑制器总压恢复系数降低7%，红外抑制器3~5 μm波段壁面和气体辐射强度峰值分别降低46%和72%。与单层弓形挡板(Case1)结构相比，设计较优的双层弓形挡板(Case3)可以引射环境冷气，引射系数达到0.1左右，并将其冷端表面平均温度从638 K降低到415 K，红外抑制器3~5 μm波段壁面辐射强度峰值降低84%，气体辐射强度峰值降低80%。总体来看，弓形挡板冷端表面温度受双层弓形挡板内部引射气流、弓形挡板冷端下游滞止涡和二元混合管窄边出口附近的回流冷气三者共同影响。

针对宽带宽波束换能器实现问题, 该文在已有换能器结构基础上提出了一种同轴对置结构实现水平径向360°的宽波束覆盖的新方法。采用有限元法对比分析了已有结构和两种对置结构换能器的发送电压响应(TVR)和指向性。结果显示, 当障板尺寸为100 mm×7 mm, 换能器和障板的对置距离为4 mm。12~19 kHz时, 新结构水平径向波束宽度为360°, 水平径向TVR＞138 dB,换能器实现了径向高TVR和宽工作带宽。

现有国产氧化钒非制冷红外探测器多采用挡板校正进行非均匀性校正, 导致结构复杂与图像中断, 从而影响探测器的正常使用。提出了一种新型无挡板非均匀校正方法, 首次结合基于定标校正与场景校正的非均匀校正方法, 实现了对非制冷红外探测器的无挡板校正。实验结果表明, 该方法能在开始校正后快速实现非均匀校正, 校正效果良好, 并且不存在传统场景校正方法存在的“鬼影”问题。该方法避免了红外成像系统的图像中断问题, 同时有助于减少红外成像系统的体积与功耗。

为实现光折射率传感器小结构、高灵敏度的要求,根据表面等离极化激元的透射特性,提出了一种单挡板金属-介质-金属(MIM)波导耦合类云朵腔结构。此结构引用“腔中腔”的理念,在近场耦合作用下,类云朵腔所形成的较宽的连续态与金属挡板所形成的较窄的离散态经过干涉相长相消,可以产生三重不同模式的法诺共振。结合耦合模理论,对三重法诺共振的产生机理进行分析,并运用有限元分析法对此结构进行模拟仿真,定量分析了不同结构参数对折射率传感特性以及优质因子的影响。结果表明,三种共振模式的灵敏度分别为600,800,1083 nm/RIU,优质因子分别为5.08×10 ⁴、3.56×10 ⁵和1.17×10 ³。

遥感卫星分辨率日趋精细, 相机口径不断增大, 受限于运载器直径对刚性遮光罩系统尺寸约束, 柔性展开遮光系统在遥感器上逐渐应用, 空间柔性展开结构在轨工作状态对于主任务判定有重要作用。 报道了一种展开状态红外感知系统, 应用于我国高分七号相机遮光罩系统在轨展开状态监测。 首先介绍了高分七号双线阵相机及其遮光罩系统设计, 分析了展开状态红外感知功能的特殊要求和约束。 提出了一种利用“豆荚杆”作为传输通道的基于红外光线传输阻隔特性的新型展开状态感知方法, 系统包含了红外光线产生系统与接收系统, 采用红外光线产生系统发射的890 nm波段光线作为信息载体, 经空间柔性展开结构“豆荚杆”通道后由红外光线接收系统转换为电信号, 通过对电信号处理得到柔性结构展开状态信息。 系统具有无动作机构部件、 无较大能量消耗及数据带宽要求小等优点, 对原有展开过程基本不产生影响。 通过理论分析证明了该方法的可行性, 试验验证了该方法中红外光线产生系统光功率、 红外光线接收系统光电晶体管阵列上拉电阻以及工作温度等参数对展开判定准确性的影响。 通过试验得到, 现有展开状态红外感知系统的红外光线产生系统光功率参数大于25 mA、 红外光线接收系统上拉电阻特征参数大于15 kΩ是系统工作的理想包络。 在温度交变环境下, 当红外光线接收系统上拉电阻特征参数不大于50 kΩ时, 展开状态红外感知系统在125 ℃以下温度环境中能够有效的判定遮光罩系统的状态参数。 为同类型柔性遮光罩系统监测方案设计及在轨温度交变环境下应用策略提供了试验数据基础, 具有广泛前景。

基于表面等离极化激元在亚波长结构的传输特性,提出了一种含单挡板的金属-介质-金属(MIM)波导耦合双T型谐振腔的结构。在近场耦合作用下,单挡板形成的较宽连续态与单T型腔形成的较窄离散态,经过复杂的干涉相消形成非对称的双重Fano共振峰。基于耦合模理论,研究了单挡板MIM波导耦合单T型腔Fano共振的产生机理,并采用有限元分析法对该结构进行了模拟仿真。在此基础上,研究了含双T型腔结构的四重Fano共振形成过程,分析了上下T型腔结构参数对Fano共振峰的影响。结果表明,上下T型腔产生的Fano共振峰互不影响,且由单个T型腔可以实现两个Fano共振峰独立可调谐,故含金属挡板的MIM波导耦合双T型腔结构可以实现四个Fano共振峰独立可调谐。该结构可为差动传感器和波分复用器的设计提供有效的理论参考。

根据城市夜光遥感相机研制要求,采用COOK TMA离轴三反光学结构形式,设计了一个视场为5°×2°,焦距为500 mm,F数为3.8,工作波段为0.4~0.8 μm的全反射式夜光遥感相机光学系统,采用主镜、次镜、三镜共光轴设计,提高了光学装调的可行性。选择合适的初始结构参数,利用CODE V软件进行光线追迹和优化设计,结果表明:光斑的方均根直径为2.305 μm,小于1/8像元,在25 lp/mm奈奎斯特频率处的光学调制传递函数大于0.92,接近衍射极限。采用外遮光罩、挡光环、光阑及消光漆等消杂光设计来降低杂散光水平,利用Tracepro软件对光机系统进行杂散光的仿真分析,结果表明:轴外视场为1°~80°时,点源透过率在10 -11~10 -3量级;太阳抑制角为65.96°~80°时,点源透过率小于1×10 -9,满足应用要求。