天体物理学的发展对实测天文的要求越来越高，天文光谱偏振观测能够获得更多的天体信息，可为进一步的研究提供全面的资料。以中国科学院国家天文台的2.16 m地基式天文望远镜为平台，设计并研制了基于声光可调谐滤波器的偏振成像光谱仪，光谱范围为450~900 nm，光谱通道数为128个。以声光可调谐滤波器(AOTF)为分光元件，光谱通道可电调谐，可以同时获得图像光谱偏振信息。该设备由望远镜准直系统、声光可调谐滤波器、望远镜成像系统，补偿准直系统，补偿成像系统及探测器组件组成。介绍了声光可调谐滤波器的偏振成像光谱仪的工作原理、设计方案及各光学子系统的设计参数分配，最终完成了一个设计质量在32 lp/mm 的空间频率下, 调制传递函数(MTF)均值为0.5的光学系统。

A conceptual dispersion imaging spectrometer (DIS) is proposed. It consists of a telescope, four prisms, an imaging lens, and a detector. The first prism allows only the first set of wavelengths along the first direction to pass and disperse. The second prism allows only the second set of wavelengths along the second direction, which is perpendicular to the first. The third and fourth prisms are used to compensate for the angular deviations from the optical axes of the first and second prisms, respectively. The proposed DIS disperses the spectra of a target to form an L-shaped dispersion pattern (LDP). The theoretical calculation and numerical simulation of the LDP are presented. The DIS can locate multiple targets based only on data obtained from a single frame. It is suitable for detecting and locating energetic targets in real time.

A compact moving optical-wedge interferometer (CMOWI) is presented. This device consists of a moving optical wedge (MOW), a fixed optical wedge (FOW), a fixed compensating plate, and a beam-splitting cube. The optical path difference (OPD) is calculated and analyzed. The factor between the OPD and the displacement of the MOW is less than 1 if the refractive index and wedge angle of the MOW and FOW are chosen properly. Therefore, the CMOWI is insensitive to scanning speed variations compared with the traditional Michelson interferometer. The CMOWI is compact, small-sized, and suitable for low-resolution Fourier transform spectroscopy.

简要介绍了高层大气被动探测技术的研究历史、现状和发展趋势。论述了高层大气被动探测技术的基本原理和方法，给出了高层大气被动探测的辐射源和气辉谱线、四强度探测法和临边探测模式。重点介绍了自行设计研制的风成像干涉仪的宽场、消色差、温度补偿理论以及工程设计和研制。采用风成像干涉仪进行了模拟高层大气探测实验，给出了高层大气风场、温度和压强的探测结果。该研究对空间探测、对地观测、**、****和国民经济建设均具有科学意义和应用价值。

介绍了嫦娥二号卫星有效载荷CCD立体相机中单镜头两视角同轨立体成像、时间延迟积分(TDI)CCD自推扫和速高比补偿的综合技术方案。它在国际上首次采用两线阵TDI CCD自推扫实现对月面的高分辨率同轨立体成像。TDI CCD在自推扫成像中必须保持图像在TDI CCD焦平面上的运动速度与电子潜像运动速度同步，为此采用了地面行频注入与激光高度计辅助行频计算两种速高比补偿技术，同时通过光机电总体优化设计，精心制作与装配,使相机发射前整机(光、机、电和TDI CCD)全视场调制传递函数(MTF)检测值均在0.4以上，从而大大放宽了在轨速高比补偿的精度要求。由于多方面技术措施的综合应用，TDI CCD立体相机不但在100 km圆轨上获得了地元分辨率为7 m的全月面清晰影像图——迄今为止国际上最高地元分辨率的全月清晰图像,同时在15 km×100 km椭圆轨道近月弧段获得了虹湾地区分辨率约为1.3 m的清晰局域同轨立体图像，使我国在对月高分辨率成像中进入国际先进水平。

为使嫦娥二号卫星CCD立体相机在100 km高度的圆轨上能够获取地元分辨率力为7 m的图像，设计了一种两线阵立体测绘CCD相机光学系统。介绍了两线阵立体测绘相机的工作原理。根据卫星总体的指标要求，对光学系统的主要参数进行了详细计算，确定系统的焦距为144.4 mm，视场角为42\O，相对孔径为F/9，光谱范围为450～520 nm。光学系统采用6组7片型消畸变复杂化的双高斯结构形式，在50 lp/mm奈奎斯特空间频率下平均调制传递函数为0.67。给出了嫦娥二号卫星CCD立体相机在100 km高度的首轨图像和极区图像，图像清晰、层次丰富，表明该光学系统能满足任务要求。

设计了一个无运动部件、结构紧凑并实现两档焦距的折反射混合式空间光学系统。长、短焦前组共用一个Ritchey-Chrétien(R-C)反射系统，使用分光棱镜对光路分光，由两路后组透射系统对前组进行缩放实现两档焦距。长焦焦距为4700 mm，F数为13.4，短焦焦距为2350 mm，F数为6.7。在光机设计上，还考虑了对温度变化敏感的间隔使用热膨胀系数小的材料；为了减小反射镜面形变化，采用了热性能好的材料作为反射镜基底，并对相机在空间环境下温度变化在(19±3) ℃范围内进行了像质分析，设计结果能满足使用要求。

为了获得工作谱段范围在400～900 nm声光可调谐滤波器(AOTF)的成像光谱仪系统的二维空间信息、一维光谱及偏振信息，设计了一种应用于AOTF成像光谱仪的光学系统。介绍了AOTF的工作原理，根据AOTF光谱成像仪总体方案，对光学系统的物镜、准直镜及成像镜进行了合理的光学参数分配。设计中采用CODE-V光学设计软件模拟AOTF的多级衍射，在晶体中心即孔径光阑共轭的位置处设置了一块透射式光栅来模拟晶体的偏转，成像镜同时收集由AOTF产生的正交偏振的正、负一级衍射图像，整个系统采用了3种光学玻璃，最终完成了一个设计质量在32 lp/mm的空间频率下，调制传递函数(MTF)均值为0.75的光学系统。

讨论了嫦娥一号卫星CCD立体相机的特殊焦平面设计与实验室辐射定标。嫦娥一号卫星CCD立体相机采用一个广角、远心和消畸变的光学透镜配以面阵CCD作为接受器，完成三线阵自推扫成像。由于快门污染的存在，造成前视、正视与后视间的曝光时间存在较大的差异，这给辐射定标带来困难。本文提出了在面阵CCD焦平面前方设置一个三狭缝面罩的方案，从而使三行CCD的曝光时间基本相同，其残差在实验室辐射定标中作进一步修正，取得了较好的效果。本文还介绍了辐射定标中的其他重要性能指标，包括最短曝光时间的预估、饱和辐亮度的配准、暗电流检测、输出对输入的线性度以及相对定标、绝对定标的不确定度。

为了实现对空间暗弱目标的探测, 设计了大孔径可见光探测相机的光学系统。该系统焦距为350 mm, 相对孔径为1/1.6, 全视场角为3.2°, 波段范围为450～950 nm。介绍了可见光探测相机的构成, 确定光学系统的结构形式为马克苏托夫两反射系统, 主次镜均采用球面镜。采用CODE-V光学设计软件对系统进行了优化设计。给出了像质评价及热分析结果。设计结果表明, 该可见光探测相机光学系统各视场点列图基本是圆形, 全视场内80%能量的弥散斑直径均小于26 μm, 最大畸变小于0.05％, 倍率色差小于5 μm, 满足探测要求。