由于空间光环境的复杂性，抑制杂散光对保证空间相机成像性能尤其重要，该文针对宽光谱波段成像的空间探测相机光学系统进行杂散光分析和抑制优化设计。通过SOLIDWORKS和TracePro的无损式数据交互建立光机模型，并从光机材料的表面特性、机械结构、镜片透过率等多角度优化杂散光模型，再利用朗伯体光源分别对正反向进行光线追迹，然后结合光机模型的半剖图对系统关键表面进行重点取样分析。分析结果表明：优化后的光机系统在离轴角10.3°~15.4°内，点源透过率值与优化前的系统相比下降了66%~99.4%，在离轴角大于14.2°时点源透过率值接近10^?4量级，在离轴角18.4°处杂散光的点源透过率约为10^?4量级。最后通过鬼像实验，进一步证明了优化后的光机系统设计方法具有良好的杂散光抑制效果。

船舶运输作为大宗货物的重要流通手段, 为我国经济社会发展做出了巨大贡献, 但与此同时船用柴油机带来了严重的污染排放问题。 在全球排放限制日益严峻的背景下, 实现对其排放参数的实时监测, 对环境保护、 节能减排、 优化柴油机控制策略与燃烧性能等都具有重要意义。 近年来可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术因其精度高、 响应快等优点逐渐受到青睐, 该技术的广泛应用对其的研究提出了更高要求, 因此利用数学软件对其进行仿真模拟, 对测试系统的开发、 参数调整都具有一定价值。 结合目前的船舶排放检测问题, 以其中最具代表性的污染物NO为目标气体, 利用软件制作了气体浓度测量仿真模型。 检测系统仿真模型主要由光源调制、 线型函数拟合、 模拟气体吸收、 线强函数S(T)拟合、 锁相放大器等各部分组成。 采用波长调制的方法对浓度测量过程进行仿真, 将高频正弦波和低频锯齿波相叠加用以调谐激光, 激光经过气室进行模拟吸收后, 信号经过锁相放大器调解得到各阶谐波信号。 将二次谐波比一次谐波的峰值点作为信号, 采用最小二乘法进行浓度-信号幅值曲线拟合并以此进行浓度反演和误差计算, 反演误差在2.5%以内。 分析了温度、 压力等环境因素对信号幅值的影响并绘制了谐波图线, 通过引入参考气室来消除环境波动对结果造成的影响, 在环境变动时不需要重新拟合浓度-峰值曲线, 可直接得到结果。 尝试了不同的正弦波频率和调制系数等参数, 分析了调制参数对信号幅值的影响, 选取了较为合适的参数范围。 为柴油机在线排放测试系统的构建和参数选择提供了一定参考。

光声池作为光声光谱气体检测系统中的核心器件直接影响系统的检测精度，以经典圆柱形光声池为基础研究对象，利用有限元分析软件，结合压力声学及热粘性声学两种物理场对光声池内的声热耦合过程进行建模，通过仿真对比谐振腔和缓冲腔的几何参数变化对光声池性能的影响，进而确定其最优尺寸。仿真结果表明：谐振腔、缓冲腔的长度和半径均会影响谐振频率和声压。充分考虑对比结果及工业制造难度后，选定谐振腔最佳长度为120 mm，最优半径为3 mm，缓冲腔半径为35 mm。在此基础上，设计了一种谐振腔与缓冲腔为圆角连接的光声池，与同尺寸直角光声池相比，圆角光声池在提高光声信号和降低流动噪声干扰方面更具优势，品质因数提高至1.109倍，池常数增大到3 635.1 Pa·cm/W，声压提高到1.26×10^-5 Pa。在甲烷气体的浓度检测中，系统灵敏度可达到0.87 ppm，检测结果较理想，符合高灵敏度的要求。因此，圆角连接光声池在性能上有明显提升，可为光声池的优化设计提供参考。