设计了一种具有不同衬底折射率的新型多模干涉耦合器,在多模波导区引入了更强的光场限制,激发更高阶的导模,从而提高映像质量.采用二维有限差分波束传播方法模拟了这种新型的结构,结果表明与传统结构相比,以功率均衡性和附加损耗为衡量标准的映像质量有了明显提高.这种结构可以应用于三维SOI脊形波导中.

为了满足短焦投影市场的需求,利用ZEMAX光学软件开发设计出了一款适用于0.8英寸单片数字光处理投影机的短焦数字投影镜头.该镜头总长172.6mm,全口径70mm,采用反远距结构,由6组7片透镜组成,其中包括6片玻璃透镜和1片塑料透镜（两个偶次非球面）.镜头全视场达到80°,相对孔径为1/2.1,反远比（工作距离/焦距）为3.17∶1,投射比达到0.76∶1,在空间频率极限37lp/mm处,0.707以内视场的调制传递函数值均大于0.6,垂轴色差小于3.5μm,在0.5像素尺寸之内,全视场畸变低于1.1%.该镜头具有结构简单、体形小、易加工、成本低等优点.

为了填补国内短焦段数字电影变焦放映镜头的空白及满足国内数字电影市场对大投射比镜头的需求,本文采用机械补偿式变焦原理,利用ZEMAX光学设计软件自主研发设计出一款适用于0.65英寸、单数字光处理器、1.3K数字电影放映机的短焦段连续变焦数字电影放映镜头.镜头包括前固定组、变倍组、补偿组和后固定组,由8组10片玻璃球面透镜组成,其中变倍组由一片负透镜构成,补偿组由两组双胶合透镜组构成.镜头总长170 mm,全口径70 mm,变焦范围为14.5～18.2 mm,相对孔径为1/2,投射比范围为0.99∶ 1～1.23∶1,后工作距离为32.6 mm.镜头凸轮曲线的设计采用等间隔变焦的方法,设计出了平滑稳定、斜率适宜、压力角小的凸轮曲线,具有加工方便、加工准确度高、变倍组升角容易控制且焦距变化均匀的优点.整个镜头结构简单、体形小、重量轻、成本低.

介绍了机械补偿式三组元连续变焦系统设计方法;基于微分解析法,提出快速变焦法用于优化系统高斯初始结构,减小了外形尺寸.并设计了一焦距3.87 mm～19.35 mm,视场76.6°～17.71°可见光变系统.设计结果表明该变焦系统较之同类专利设计结果,具有结构紧凑、视场大、像面稳定度高的优点.

从像差理论出发，导出了消二级光谱的理论公式；根据公式对传统的两种用CaF2（萤石）与利用FK玻璃和TK玻璃组合消二级光谱色差方法和二元光学消二级光谱色差方法进行了实例计算，并用ZEMAX软件对它们验证、优化．两种方法都能在校正色差的基础上一定程度地减小二级光谱．对两者的结果进行对比分析发现，其二级光谱相异号，利用这一特点把两者结合在一起，能够更好地减小长焦系统中的二级光谱色差．

在采用二值时空编码结构照明的三维测量中,由于遮挡、阴影及光学系统的低通滤波特性等原因导致被测物体部分区域解码错误或无法解码.为减轻这些因素对测量结果的影响,提出了一种采用冗余编码的二值时空编码照明三维测量方法.该方法在空间相邻区域设置相同编码,以时间坐标进行区别.解码时,根据编码的冗余性对结果进行校验、残缺编码恢复.与原有编码相比,在不增加投影模式数量的情况下,获得了更多的有效点数,提高了解码的可靠性,并为进一步的纠错提供了更多信息.

随着空间光学技术的发展,对于空间相机地元分辨率的要求越来越高,而且必须具有多光谱成像能力,因此空间相机光学系统的设计要满足视场大和畸变小的要求.本文以共轴三反射光学系统为基础,研究了一种新型的三反射光学系统.该系统不仅中心遮拦小、光学畸变低,而且实现了全色和多光谱ccd的合理排布.设计结果表明:当光学系统的焦距为f=12 000 mm、f数为12、成像谱段位于450～900 nm时,视场角可以达到1.6°,光学系统的线中心遮拦比低于1/3,光学畸变量小于0.5％,在50 lp/mm处调制传递函数优于0.47,成像质量达到衍射极限,可以满足多光谱高分辨率空间相机对地遥感的使用需求.

为了研究温度和支撑方式对大口径SiC主镜用于地基望远镜的影响,基于1.2m SiC主镜建立了有限元模型,分析了主镜在被动支撑和自由膨胀时,恒定温度场,轴向温度梯度,径向温度梯度和内外温差等对主镜面形的影响.结果表明,存在温度梯度时,支撑方式影响不明显,无论是被动支撑还是自由膨胀,镜面面形均很大.在达到热平衡后,即稳态温度场下,支撑方式的影响明显,只有在主镜自由膨胀时,温度对主镜面形的影响比较小,镜面的RMS<0.02nm/℃.因此如果主镜采用柔性支撑或浮动支撑方式,大口径SiC主镜可以应用在地基望远镜中.

提出了一种制备扫描近场光学显微镜光纤探针的自动化腐蚀方案.该方案利用静态腐蚀过程中光纤所形成的特殊结构,及动态腐蚀过程中光纤在氢氟酸中的移动所带来的新月形弯液面在光纤表面接触位置的变化，通过合理控制腐蚀时间来制备尖端锐利、大锥角或多锥体角等各种结构的探针.设计方案采用计算机控制整个装置实现了探针制备过程的自动化，保持了腐蚀光纤探针实验条件的一致性.实验结果表明，采用此方案可以制备出尖端孔径小于100 nm且锥体角高达70°的光纤探针，且重复性高.此外，该方案的装置结构简单，实现容易.

为了全面地了解变形镜的性能,以便自适应光学系统更好地工作,进行了基于干涉仪测量的变形镜面形展平标定研究,首先,给变形镜的压电陶瓷驱动器施加一半的控制电压；再用zygo干涉仪测得变形镜的面形,计算对应各个驱动器位置的镜面高度,并算得各个位置镜面高度相对平均镜面高度的偏差；最后,控制驱动器运动使偏差量为零.测试及实验表明,受压电陶瓷迟滞的影响,上述过程需要迭代4到6次镜面面形才会收敛到希望的准确度；对镜面周边无驱动器约束的21单元变形镜,展平之后其80％口径的面形接近λ/20(λ=632.8 nm)；对镜面周边有驱动器约束的137单元变形镜,展平后的面形优于λ/50.在望远镜不同的观测条件下,该技术可以快速地对变形镜进行展平标定,以适应不同的工作环境.