对于含激波等大密度脉动结构气动光学流场,沿着直线路径对折射率积分会带来较大的光程误差.因此,数值求解光线方程进行光线追迹是必要的.与数值求解光线方程不同,元胞自动机(cellular automata,CA)通过给定光线位置和方向变换规则来模拟光线在介质中传输路径.本文基于已有的实验测量、数值仿真所获得的高超声速流场密度场数据,分别采用数值求解光线方程法和CA光线追迹算法进行光线追迹,进而得到光线出射流场后的光程差.结果表明,CA算法对于二维气动光学流场中光线追迹的适用性,且较数值求解光线方程方法具有更高的效率.

为了实现在同轴度测量中平行偏差（平偏）和倾斜偏差（角偏）两个量的同时测量，建立了基于激光准直性的光斑接收系统。该系统由接收物镜、分光棱镜和CCD构成。以物镜光轴、准直光束几何中心线和两个CCD接收面构成的三角关系进行两个偏差量的计算；并通过对系统像差的分析，提出了显著降低物镜像差对测量结果影响的算法。理论和实验数据表明，对于平偏测量范围为±10mm、角偏测量范围为±2°、接收物镜焦距为50mm、CCD尺寸为1．6cm的系统，平偏测量精度可达0．02mm，角偏测量精度可达9．5″。因此，该系统可以满足较大范围内的旋转机械同轴度测量的需要。

在闪光灯反光罩的设计时,需要对物平面上的光能量分布作出分析,以取得更好的设计效果,通过对照相机闪光灯反光罩空间几何结构分析,建立了相应的数学模型,结合光线追迹的方法,并根据闪光灯反光罩结构的固有特点,对光线追迹过程的整个算法进行了一定的优化,编制出了光线追迹的计算程序.最后用一组实际的数据输入到程序,得到了相应的结果,并分析了所得到的结果,从而验证了光线追迹法在闪光灯反光罩设计中的可行性.

本文从标准椭球面反光镜的成像特点入手,通过对轴外点发出光线的分析,推导了椭球曲面内任意发光点的光线追迹公式;系统地认证了椭球反光镜的设计理论和误差分析,为准确设计反光镜提出了理论基础.

提出了一种仅由接收物镜和CCD构成的接收器，通过物镜位置的调整，可以同时完成平行偏差（平偏）和倾斜偏差（角偏）这两个参量的测量．通过对系统像差的分析，提出了可显著降低物镜像差对测量结果影响的算法．理论和实验数据表明，对于平偏测量范围为±10mm、角偏测量范围为±2°、接收物镜焦距为50mm、CCD尺寸为1／1．6inch的系统，平偏测量准确度可达0．02mm，角偏测量准确度可达9．5″．

阐述了硬Ｘ射线光学系统的光线追迹过程，处理的光学系统可包含任意数目的镜子、晶体及光阑，镜子或晶体的面形可以各种各样，它们的排列方式可为共主面或相互正交。根据劳厄衍射方程的矢量形式计算光线经对称或非对称晶体衍射后的方向。我们应用Ｃ语言编写了光线追迹程序，它不仅可得到光路中任意位置像面上光线的点列图分布，而用可以计算晶体的摇摆曲线。最后作为例子，我们用此程序计算了一条同步辐射Ｘ射线光束线系统的成像。

利用光线追迹的方法分析了地平式天文望远镜的几面反射镜在望远镜的竖直轴、水平轴转动时所引起的图像旋转，给出了目标图像旋转与望远镜高低方位角之间的函数关系式。并利用别汉棱镜转像的特性在成像光路中加入了实时图像消旋系统。经试验验证，在不同方位角、天顶距情况下采集的目标图像其消旋残差仅为25arcsec，即使在图像边缘处目标图像的消旋残差也小于0．2像素。

以几何光学的矩阵变换为基础,通过光线追迹的方法,对四象限分光的多透镜成像复杂光学系统进行仿真建模.由所得到的基本参数的关系曲线,优化确定系统的放大镜放大系数为20,分光镜离轴距离为3mm,系统出瞳直径1mm.对复杂光学系统参数的优化提供了新的思路和方法.

提出一种光谱分析仪光学系统的优化设计方法.该方法以光线光学为依据,在光源和光瞳上以高密度取样,将追迹实际取样光线得到的点列图作为评价依据,根据光谱分析系统的评价指标,将整个系统以单色器入口为分界点分为两个子系统,分别对其进行优化设计,研制了对结果的后处理模块,并将其集成到光学设计软件中去.给出了一个原子吸收分光光度计光学系统实例,使用波段为190～860nm.设计结果和样品实验表明,该系统达到0.3nm的光谱分辨力要求.

介绍了哈特曼法检测眼镜片的测量原理及对远轴光线的屈光度补偿，采用哈特曼法对渐进多焦点镜片进行检测。提出了实验总体方案并得到CCD采样图，通过后续图像处理，理论上可以得到镜片的屈光度分布图。结果表明，哈特曼法检测渐进多焦点镜片结构简单，方便可行。