针对现有光学非球面度计算方法不统一的问题,在分析常用方法特点的基础上,对于高次光学非球面度的计算提出最小最大残差法.寻找最接近球面,使其沿法线方向与非球面的最大偏离量最小,此时的最大偏离量即为非球面的最大非球面度.该方法适于计算机编程,计算结果准确,且可完全统一二次曲面和高次非球面的非球面度计算.

设计了一种新型的差动式光纤布拉格光栅（Fiber Bragg grating,FBG）加速度计,论述了其传感结构的设计原理、理论分析和有限元仿真。文中设计的主梁与微梁相结合的差动结构形式,克服了传统悬臂梁结构FBG加速度计存在的固有频率与灵敏度相互制约的矛盾,提高了固有频率和灵敏度。同时,为了解决单悬臂梁结构加速度计存在的温度补偿问题,设计了差动式光学检测系统,使该加速度计的灵敏度较传统单悬臂梁结构提高了一倍。理论分析结果表明,该加速度计灵敏度可达到52.7pm/gn,固有频率250Hz。实验结果表明,该结构提高了加速度计的灵敏度,有效解决了FBG加速度计应变和温度交叉敏感问题,实验结果与仿真数据具有很好的一致性。

提出了一种锆钛酸铅（PZT）薄膜微致动器的结构模型。该致动器采用高d33特性的压电陶瓷材料,用于对空间谐振式微光机电（MOEMS）陀螺微镜进行位移和角度的精确定位。建立了该致动器的简化模型并利用有限元方法分析其驱动能力。结果显示,当采用双层结构的PZT薄膜微致动器时,在外加电压50V作用下,环形PZT位移控制器中心位移可达到0.345μm;十字形角度控制器偏转角度可达3.29″,增加PZT薄膜的层数可以进一步增加致动器对微镜位移和角度的控制能力。通过对仿真结果进行分析可以得出结论,选用多层PZT薄膜材料制成的微致动器能够满足调整微镜位移和角度所需的范围和精度要求。

提出用部分补偿透镜进行非球面检验的方法.对部分补偿透镜的设计方法和要求进行了研究,针对3种不同参数的非球面设计了部分补偿透镜,结构比零补偿器更简单.分析了各种部分补偿透镜的非球面度补偿范围,证明用简单且易于制造的部分补偿透镜补偿不同相对孔径和非球面度的非球面.测量精度可达到λ/10.

设计了一种闭环反馈差动式双FP腔的微光机电（MOEMS）加速度计，介绍了其工作原理及系统构成．利用惯性敏感单元将对载体加速度的测量转变为对载体位移的测量，利用光纤自聚焦透镜的端面与质量块组成的FP腔测量载体位移．为了提高系统的测量灵敏度和抑制温度等环境因素的影响，设计了一种差动式双FP腔测量机构．为提高微加速度计的输出线性度和动态测量范围，提出了采用静电力平衡技术构成闭环加速度计．建立了其数学模型，对所设计的加速度计重要参数指标——灵敏度、敏感头受载、固有频率等一一进行了详细计算和分析．在此基础上完成了设计背景要求下加速度计参数的优化设计，结果表明：该系统精度可以达到5×10^-6g以上．

针对传统悬臂梁-质量块结构加速度计存在的灵敏度与固有频率不能兼顾的问题，设计一种差动式光纤Bragg光栅加速度计，建立系统模型，对测量精度等进行理论计算与分析．传感头设计采用主梁与微梁结合的结构，是悬臂梁-质量块结构的一种改进形式，并运用有限元方法对其静态特性和动态性能进行仿真分析．结果表明：该设计系统精度可以达到10．5×10^-3g，固有频率为270Hz，固有频率是同等精度的传统悬臂梁结构光纤光栅加速度计的2．7倍；此结构的加速度计在不降低灵敏度的同时可以有效提高系统的固有频率．