随着太赫兹技术的发展以及全球对6G通信的研究和期望，太赫兹通信技术获得了广泛的关注。但是太赫兹波具有很强的方向性，常常进行端对端的传播，且传播过程中容易被障碍物阻挡，太赫兹通信中的广角和定向传播成为技术难点。设计一种新的广角反射超构表面，其可将入射角为5°~45°的太赫兹波反射聚焦在同一位置，该位置距离样品600 mm，方向为13°。采用共振相位调制原理设计单元结构，利用透镜聚焦原理和相位补偿原理对单元结构进行排布并进行加工。在220 GHz工作频率下进行实验验证，实验结果证实了该器件的功能。所提方案为解决太赫兹6G通信难题提供了一个有效途径，具有一定的应用前景。

Brewster效应作为一种经典物理现象描述了平面偏振电磁波在电介质表面上的零反射行为。随着超材料和超表面的迅速发展，Brewster效应得到了许多扩展研究。人们借助超材料和超表面实现了任意频率、偏振和入射角的平面电磁波的零反射现象，这被称为广义Brewster效应。本文综述了广义Brewster效应的物理实现及其应用研究，首先回顾了实现广义Brewster效应的各种物理体系和物理机制，指出了一些传统分析方法的局限性。为此，创新性地讨论了广义Kerker效应的一种简单而普适的设计原则，即通过人工结构构建多极矩的干涉相消。随后，回顾了在该原则指导下设计的各种超表面，进一步讨论了其在5G毫米波通信电磁窗口和相控阵天线宽角扫描的应用。最后指出了这一领域目前存在的问题并展望了未来的发展方向。

针对目前“扫描式”反射光场测量系统依赖复杂机械装置、测量效率低以及“照相式”反射光场测量系统测量角度范围小等问题，提出一种基于超广角成像的粗糙面反射光场测量方法。分析了粗糙面反射光场测量原理，优化设计了折反射超广角成像光学系统，实现了天顶角范围0~54°的周视反射光场测量；校准了反射光场测量系统的空间关系与光场强度，校准后反射光场测量最大相对误差为4.12%，周视反射光场测量平均相对误差最大为2.06%；通过模拟Labsphere Permaflect-80漫反射板、WhiteOptics-DF60漫反射板和美国ACA镜面铝板3种粗糙面的反射光场测量结果，证明了所提表面反射光场测量方法的可行性，丰富了粗糙表面反射光场的测量手段，为对材料表面光学反射特性与损伤等的测量、模拟与重构提供了研究基础与技术支撑。

提出了一种新型的长波红外鱼眼镜头设计方法，基于高斯光学和三级像差理论，在传统的反远距的广角镜头的基础上，增加一片负弯月型透镜的前组，使其半视场角由原来的 $\pm {70^\circ }$ 增加到 $\pm {100^\circ }$。采用等距离投影成像方法，系统 f–θ畸变小于6%，焦距为1.97 mm，相对孔径为1∶1，采用像方远心的成像设计，边缘视场相对照度达到80%。为了增大孔径，消除轴外像差，采用五片非球面设计，成像质量接近衍射极限，全视场的调制传递函数大于0.37@42 lp/mm，采用机械被动式的无热化设计方法可以满足较宽的温度范围内系统成像质量稳定。设计结果对长波红外鱼眼光学系统设计具有一定的参考价值。

提出在条纹相机前加载异形光纤面板或环转线光纤传像束实现广角任意反射面速度干涉仪（VISAR）条纹采样的诊断设计，发现采样位置坐标处于靶面某圆上。综合运用坐标变换、傅里叶变换、勒让德展开等方法提取广角VISAR条纹相位实现内爆对称性分析，并通过示例验证了其可行性。针对诊断方法的特点、光路设计、装置研发、数据处理等展开讨论，指出广角VISAR诊断内爆对称性的发展方向。运用该方法记录并分析广角VISAR条纹数据，可使靶丸内爆对称性诊断准确、直观、形象，能为惯性约束聚变中激光等离子体不稳定性、流体不稳定性等研究提供支撑。

提出一种基于导电塑料膜谐振结构的超材料宽带吸波体。吸波体采用介质层-膜单元阵列-介质层的三层结构模型，其中上层介质兼具阻抗匹配和保护电阻膜谐振结构的作用。所采用的导电塑料膜片与基于导电墨水的电阻膜结构相比，不仅克服了加工过程中墨水厚度不均匀对方阻的影响，还可兼容激光刻蚀工艺，进而提高了谐振结构的加工精度。模拟结果表明，该吸波体在6.9~22.7 GHz的频率范围内，可以保持90%以上的入射波吸收率，相对吸收带宽为106.8%。此外，所提结构对入射波的极化特性不敏感，且对宽角入射的电磁波仍能在宽频带内实现高效吸收。更为重要的是，所提结构中的电阻膜谐振结构与介质基板可以独立加工，这种积木拼搭式的加工方案不仅节省了制备时间，还使得基底材料的选择不再受电阻膜加工的制约，为发展宽带超材料吸波体提供了新的思路。

通过分析虚像连续性和位置分辨，指出点集散判据相比相位差判据更适合用于广角任意反射面速度干涉仪(VISAR)靶虚像模型构建。基于点集散判据计算了椭球镜形状参数、像面记录方式、冲击波面倾斜对广角VISAR靶虚像的影响，发现虚像外内径之比总保持在8左右，且 $ {10^{ - 5}}\left( {k - 400} \right) \lt m \lt {10^{ - 5}}k $ （k与m为广角VISAR靶形状参数）时，椭球镜加工误差对像面影响较小；对像面进行平面检测难以得到动态干涉条纹；广角VISAR诊断区域允许波面平均倾斜不超过2°。讨论了广角VISAR靶虚像相干性、异形光纤面板的加工、椭球镜参数的选取、物像重构等问题，对诊断实验提出了参考建议。虚像性质研究为广角VISAR诊断能力提升奠定了基础，对惯性约束聚变内爆对称性诊断具有重要意义。

为了提高天文观测的效率，需要对夜间地基光学天文观测中薄云的识别和影响程度评估的算法进行研究。首先，分析了云对地基光学天文观测的影响和传统地基云图的算法后，选取大视场地基光学天文设备地基广角相机阵（GWAC）的图像进行研究。其次，通过GWAC图像的灰度分布等特性的对比分析，选取模糊C均值聚类（FCM）算法处理受薄云影响的GWAC图像。然后，应用FCM算法，通过重复多组实验，选定合适的聚类层次数、迭代次数和平滑因子等关键参数。最后，将FCM算法结果与传统天文学的恒星消光方法进行比较。设置平滑因子为1.5，聚类层次数为5，经过10次循环迭代计算后，FCM算法将夜晚的天空背景聚类成5个层次。层次分布结果与目测云层厚度分布相符，且与更精确的传统天文学恒星消光方法的结果也吻合。对于大视场地基光学天文图像中的薄云，FCM算法可以有效地识别并分析出其厚薄分布结构，即能对薄云的影响程度进行分级评估。此FCM算法有望结合更大视场的鱼眼镜头和CCD相机的监测设备，研发出一类自动监测和实时评估云层分布和影响程度的专用设备，提高地基光学天文观测的效率。

超材料吸波体的性能受电磁波入射角度的影响，具有宽角度稳定性的吸波体一直是吸波体设计的难点之一。传统设计方式依赖于人工设计和优化，存在设计困难且周期长的缺陷。针对设计目标的特点，基于改进粒子群优化算法设计了宽角度高吸收率超材料吸波体。通过添加动态权值和高斯误差解决二进制粒子群优化算法后期局部搜索能力弱的问题，用改进的二进制粒子群优化算法优化吸波体表层0、1编码的离散金属块结构实现高吸收率和宽入射角吸收特性。仿真结果表明，设计的超材料吸波体在9.4~13.3 GHz频段的吸收率大于90%，在11.6~12.6 GHz频段内可实现完美吸收（吸收率大于99%），横电、横磁极化波60°斜入射情况下超材料吸波体在带宽内的吸收率大于80%。该设计方法有效弥补了传统设计方法的缺陷，展现出按需设计和设计过程无需人为干预的独特优势，在相关领域具有广泛的应用前景。

设计了一款具有高功率容量与宽角度扫描特性的C/Ku双频段共口径平面相控阵天线。在同一辐射口径内，相控阵天线包含有基于平面偶极子单元的C波段4×4阵列，以及基于混合零阶谐振贴片单元的Ku波段8×9阵列。所设计的相控阵天线的宽角度扫描性能归功于双频段阵元天线的宽波束辐射特性。下层混合零阶谐振贴片天线既能作为Ku波段的宽波束辐射单元，又能够为C波段的偶极子天线提供零反射相位，进而基于镜像原理拓宽偶极子天线的波束宽度。并且，对天线进行了介质埋入式设计，避免了空气击穿以提高天线系统功率容量。全波仿真结果表明，所提出的共口径相控阵天线在C和Ku双频段均实现了±45°的波束扫描，增益波动小于3 dB，天线阵列在各单元输入功率之和为1 W时功率容量达18.9 MW。