为了实现深空探测系统对成像光束的高速和高精度控制, 以50 mm×4 mm的单晶硅反射镜作为负载, 采用理论和仿真分析相结合的方法, 对音圈电机驱动的快速反射镜进行了理论分析和实验验证。给出了该快速反射镜的一般构成、工作原理及数学模型, 采用有限元法分析计算了音圈电机线圈、永磁体和气隙尺寸对驱动力矩的影响, 最后设计、制作了快速反射镜样机, 并进行了测试。结果表明, 快速反射镜的转角范围大于±1°, 带宽（3 dB）大于500 Hz。该研究结果有助于推广光学快速反射镜在深空探测、激光通信、光电对抗等领域的应用。

得益于自由曲面更多的设计自由度和强大的像差校正能力，人们设计出了众多具有超高性能、紧凑结构及新奇功能的成像光学系统。但自由曲面的数学复杂性以及非旋转对称性也对传统的成像光学系统设计方法提出了很大的挑战。简要概括了自由曲面成像光学系统的发展历史和现状。详细介绍了自由曲面成像光学系统的多种设计方法。分类总结了具有高性能、新结构和新功能的自由曲面成像光学系统在各领域的应用。最后，对自由曲面成像光学系统未来的发展方向进行了展望。

为了在不降低空间目标成像光学系统分辨率的前提下, 扩展系统的景深, 并且提高系统的可靠性, 本文提出并设计了一种基于波前编码技术扩展景深的空间目标成像光学系统。在所设计的初始空间目标成像光学系统的基础上, 基于不同物距调制传递函数曲线的一致性以及图像的可复原性优化了立方相位板, 并且利用FOPD算法, 对中间图像实现了较好的复原效果。对比了初始光学系统与波前编码光学系统的成像效果, 结果显示波前编码光学系统的焦深和景深得到显著的扩展。该光学系统总长为41 mm, 焦距为20 mm, 工作波长为850 nm。仿真实验结果表明, 无需调焦机构, 该系统的焦深达到了原系统的28倍, 系统景深从0.956~1.1 m扩展至0.5~130 m。该系统可满足于空间交会对接、卫星捕获等领域无调焦机构大景深成像的需求。

提出一种基于视觉密码的远距离光学信息认证系统。该系统可将远处的视觉密钥通过望远镜系统与系统内的视觉密钥配对实现非相干叠加以完成认证操作,减少了共享密钥的人为传递过程,也解决了实际应用中密钥携带运输不方便的问题。而且,在整个提取过程中视场受限于系统,仅操作者能在系统内看见认证信息,其他人即便在附近也无法查看,加强了信息显示和复现的安全性。认证的过程仅需要操作者将两块共享密钥仔细对准即可,无需其他的光学和密码学知识,整个过程简单高效。此外,光学实验也证明了该系统可应用于实际且具有很高的安全性。

全光纤型侧向光学相干层析(OCT)探针由于兼具尺寸小和三维全周成像的优点，近年来受到了学术、工业界的广泛关注。文章通过对全光纤型侧向OCT探针的聚焦性能进行数值仿真，优化了探针的结构参数。基于优化的探针结构，针对反射器与GRIN光纤间随机横向位移引发的光功率衰落，进一步数值分析了探针套管尺寸及反射器位置对于探针鲁棒性的影响。

针对小型化反射式光学系统的设计要求, 采用新型的离轴三反光路形式和自由曲面, 实现了F#为1.8, 对角线视场角7.5°的紧凑型自由曲面离轴三反系统, 光线在系统内多次重叠, 系统波像差全视场平均值为0.017λ(λ=10 μm)。相比非球面离轴三反系统, 该系统具有体积小、透过率高、大视场、无中心遮拦、多波段成像等优点。

A rigid conformal (RC) lap can smooth mid-spatial-frequency (MSF) errors, which are naturally smaller than the tool size, while still removing large-scale errors in a short time. However, the RC-lap smoothing efficiency performance is poorer than expected, and existing smoothing models cannot explicitly specify the methods to improve this efficiency. We presented an explicit time-dependent smoothing evaluation model that contained specific smoothing parameters directly derived from the parametric smoothing model and the Preston equation. Based on the time-dependent model, we proposed a strategy to improve the RC-lap smoothing efficiency, which incorporated the theoretical model, tool optimization, and efficiency limit determination. Two sets of smoothing experiments were performed to demonstrate the smoothing efficiency achieved using the time-dependent smoothing model. A high, theory-like tool influence function and a limiting tool speed of 300 RPM were obtained.

设计了基于波前相位编码板的轻薄手机镜头, 原始成像系统的焦深大小是0.017 mm, 使用立方相位编码板, 采用基于斯特列尔比的相位板优化方法, 保持了在不同离焦位置成像系统MTF的稳定性, 最终成像系统设计焦深达到0.136 mm, 焦深扩展了8倍, 经过Zemax软件仿真, 验证了景深延拓的效果。设计结果表明, 使用相位编码板即可增大定焦距手机系统的景深, 使得系统结构紧凑, 又克服了视场效应。

在以多级微反射镜为核心器件的静态傅里叶变换红外光谱仪中，基于传统单孔径透镜组结构的缩束系统由于口径较大、透镜数量较多和整体尺寸较长等原因，其体积和重量在整个光谱仪中占有很大的比重，严重制约了光谱仪的微小型化和轻量化进程。而复眼系统以其结构紧凑、体积小、重量轻等优点有助于解决这一问题。根据三维矩阵光学理论计算了由3个微透镜阵列组成的复眼缩束系统的初始结构参数，设计了消杂光光阑阵列，并使用光学设计软件对初始结构进行了优化。最后，借助光学分析软件，对光谱仪系统进行了干涉图和光谱复原理论分析，结果显示所设计的复眼缩束系统能满足光谱仪系统的应用要求。