为缩短12寸晶圆检测成像系统的轴向和径向尺寸，提出一种小角度棱镜折转光路与超短物像距镜头相结合的解决方法。设计优于1/12λ（λ=632.8 nm）面形精度的小角度棱镜折转光路，实现照明系统与成像镜头的水平布置，径向尺寸仅为80 mm，在保证不影响系统成像质量的前提下，极大地降低了整个系统的径向尺寸，同时也实现了12°的小角度明场照明。设计放大倍率为0.264的对称混合型光学系统，采用纯球面系统获得较大成像视场，像高为81.92 mm，物像距仅为392.5 mm，极大地降低了整个系统轴向尺寸。设计结果表明，整个成像系统全视场平均光学传递函数优于0.4@100l p/mm，相对畸变优于0.03%，像面照度均匀性全视场优于50%。实际测试结果表明：全视场实际成像分辨率优于18.88 μm，达到了系统极限分辨率；全视场像面照度均匀性为43.3%，满足均匀性优于40%的研制要求。研究结果表明本文提出的超薄超短物像距高分辨率检测成像系统合理、有效，解决了12寸晶圆检测成像系统空间尺寸压缩的难题，并降低了研制成本，为后续近距离大尺寸物体检测成像系统的研制提供参考依据。

太极计划是中国探测空间引力波的一项重点任务。望远镜作为空间引力波探测中的重要组成部分，它的性能会直接影响引力波探测的精度。现有的典型空间引力波望远镜结构中次镜灵敏度高，难以满足更大口径的空间引力波望远镜对制造装调公差的要求，特别是在轨稳定性公差要求。为解决以上问题，首先，提出了一种中间像面设置于三四镜之间的新型空间引力波望远镜光学系统结构，以降低次镜灵敏度；结合高斯光学理论方法，从理论上分析并计算新型望远镜结构的初始参数。其次，通过优化设计，获得入瞳直径为400 mm，放大倍率为80倍，科学视场为±8 μrad，波前误差RMS值优于0.0063λ的望远镜光学系统。最后，建立了望远镜系统的灵敏度评价公差分配表，对比分析了现有望远镜结构与新型望远镜结构的公差情况。结果显示：相较于现有望远镜结构，新型望远镜结构的灵敏度降低了30.4%，具有低灵敏度优势，为空间引力波望远镜的设计提供了一种优选方案。

为实现高亮反射金属圆柱形锅的自动快速检测及分拣，破解目前金属锅表面缺陷检测速度慢、效率低的技术难题，在YOLOX网络基础上引入双向特征融合网络，提出基于注意力机制的轻量化特征融合网络模型，实现计算模型的轻量化设计；同时，通过注意力机制模块对特征信息进行通道与空间的学习，有效缓解多尺度特征的语义鸿沟问题，提高了模型的检测精度；考虑网络对难易分类样本学习权重分配不平衡，设计基于衰减因子的分类损失函数；利用金属锅圆柱表面缺陷数据集完成了特征融合网络对比实验、分类损失函数对比实验和注意力机制模块位置消融实验。实验结果表明，融合注意力机制模型可有效识别6种不同形态的缺陷，测试集的平均检测精度mAP_0.5达到90.92%，检测帧率达到30.84 frame/s，实现了金属锅圆柱表面缺陷的高精度快速识别与定位。

在空间引力波探测中，望远镜是空间激光干涉测量系统的重要组成部分，其出瞳处波前误差与抖动光程(Tilt-To-Length, TTL)噪声间的耦合，是影响空间引力波探测的主要噪声源。首先，基于平顶光束与高斯光束的干涉模型，采用Fringe Zernike多项式表征望远镜出瞳处的波前误差，运用LISA Pathfinder(LPF)信号分析出瞳处波前误差与TTL噪声的耦合机理。其次，采用蒙特卡洛分析方法，研究不同数值波前误差下低阶像差占比对TTL耦合噪声的影响，确定了不同数值波前误差下，望远镜光学系统出瞳处满足TTL耦合噪声控制要求的低阶像差设计比例。最后，基于上述理论分析结果与像差控制要求，完成了空间引力波探测望远镜光学系统设计，望远镜入瞳直径为200 mm，出瞳处波前误差RMS值为0.01908λ，低阶像差占比不高于50%。分析结果表明，当光束抖动在±300 μrad以内，TTL耦合噪声不超过8.25 pm/μrad；通过公差分析得知，TTL耦合噪声最大值为15.50 pm/μrad，满足空间引力波的探测要求。

针对航空机载平台对长焦距、紧凑型光学系统的需求，研究采用改进型的R-C主次反射镜接球面校正透镜组的结构形式，校正了全视场下的球差、彗差及色差等像差，设计了长焦距、高分辨率的紧凑型折反射式光学系统。系统焦距为1 500 mm，全视场角为2°，光学系统结构包络直径不大于φ400 mm，全视场传递函数优于0.56 @62.5 lp/mm，成像质量接近衍射极限。为提高装调效率，降低装调难度，设计实现了R-C主次反射镜中心及附近视场的成像质量达到衍射极限。基于光学干涉检测技术与计算机辅助装调理论，建立系统失调量与像差之间映射关系的灵敏度矩阵，分析失调光学系统的像差特性，并在此基础上设计了精确测量波前、反演失调量的精密光学装调方案。整机装调后光学系统全视场波像差RMS优于1/13λ，达到成像质量要求。

星敏感器是航天飞行器实现姿态自主导航的关键测量设备，传统星敏感器由于体积与质量较大，难以满足微纳卫星的应用需求，光学系统是星敏感器小型化的核心及瓶颈技术。分析了实现全天恒星识别的星敏感器光学系统参数需求，完成一种基于全球面透镜的微小型宽谱段透射式光学系统设计，实现了光学系统焦距40 mm，视场角26.4°，相对孔径F/2.8，光谱范围为450 nm～1 000 nm，光学系统体积与质量大幅降低，可应用于微纳卫星星敏感器。

光学系统是自主导航星敏感器实现恒星光信号收集以及高精度姿态测量的核心组件。以高精度星敏感器光学系统为研究对象，分析了影响光学系统探测不同色温恒星精度的机理，恒星色温及环境温度变化引起的质心漂移量误差通过后期标定抑制的难度大，需要在光学设计阶段进行控制；建立了光学系统设计波长权重计算模型及分配方法；在性能评价方面，除了常规的能量集中度、畸变以及非对称像差之外，提出采用恒星色温质心漂移量以及温度变化质心漂移量作为精度评价的主要指标。根据应用需求设计了一款基于航天卫星平台的长焦距星敏感器光学系统，焦距为95 mm，相对孔径为F/2.4，视场角为8°×8°，探测光谱范围为450～1 000 nm，3×3像元内能量集中度大于85%。基于常规玻璃材料校正了超宽谱段长焦距光学系统的倍率色差，全视场倍率色差不超过0.9 μm。精度分析结果表明：2 600～9 800 K范围内不同色温恒星的质心漂移量小于0.36 μm；在工作温度0～40 °C范围内，焦距变化量小于2.7 μm，温度变化引起的质心漂移量小于0.45 μm。