本文提出了一种基于电荷电容分割位置分辨原理的光子位置读出阳极, 能够大幅提高该类探测器的空间分辨率和光子计数率。首先, 介绍了影响现有光子计数成像探测器成像性能的关键因素, 分析了采用电容分割位置分辨方法的优势; 其次, 对电荷电容分割原理展开了理论推导, 分析了光子位置与阳极读出信号变化的空间位置的相关性; 再次, 在理论推导的基础上, 分析了电容分割读出阳极相关物理参数对其空间位置分辨能力的影响; 然后, 提出了电容分割位置分辨阳极的优化设计原则, 并设计了一种新型的基于电容分割的二维光子位置读出阳极。最后, 利用有限元仿真工具COMSOL建立了该电容阳极的模型, 进行了位置分辨原理仿真, 并评估了空间分辨的准确性。仿真结果表明: 阳极的位置分辨误差小于50 μm, 中心区域的位置分辨误差小于5 μm, 阳极的位置分辨性能优良。

利用功率谱密度(PSD)评价光学表面粗糙度具有传统评价手段(Ra)所不具备的优势。给出了功率谱密度的计算方法, 以及抽样方向与一维PSD曲线的关系。在离子束抛光K9玻璃实验中引入PSD曲线, 以评价抛光光学零件的光学表面粗糙度, 结合PSD曲线与Ra值能够更全面的指导光学加工。

平场定标是空间相机研制过程中必不可少的定标项目。目前,普遍使用均匀照明目标进行空间相机的平场定标,而该方法由于依赖于目标的均匀性,其应用存在一些缺陷。提出了一种基于非均匀目标的平场定标方法,摆脱了对目标均匀性的依赖,具有实际应用价值。首先,基于多幅非均匀目标图像像元灰度的相关性,建立了相机像面响应度分布计算模型;采用最小二乘迭代法对该模型进行了求解,并编写程序进行仿真验证,验证结果表明,在图像信噪比高于25 dB的情况下该方法定标精度优于0.5%;最后,根据该方法的特点,给出了实际定标试验的操作流程。

光子计数位置灵敏探测器在光子、粒子成像领域应用广泛,而图像采集系统是其重要组成部分。在介绍光子计数位置灵敏探测器的工作原理的基础上,分析了实现计数成像功能的软硬件需求,并设计了一套满足该需求的软硬件平台;依据该设计搭建了图像采集系统的硬件平台并采用LabVIEW编写了图像采集软件;最后进行成像实验验证了该套图像采集系统的性能。实验结果显示,基于该图像采集系统光子计数位置灵敏探测器能够将空间频率为7.14 lp/mm的目标分开,表明该图像采集系统实现了其预期功能。

采用多项式校正方法对光子计数位置灵敏探测器成像畸变进行校正。介绍光子计数位置灵敏探测器工作原理并分析其畸变产生原因；介绍多项式校正原理，并给出光子计数位置灵敏探测器畸变多项式校正流程；采用该方法对两种不同畸变程度的基于楔条形阳极该类探测器进行了畸变校正，校正后残余误差分别为2.5 pixel和1.2 pixel。实验结果表明，多项式校正法能够有效校正光子计数位置灵敏探测器成像畸变。

为了同时对长焦透镜的面形和焦距进行高精度检测，提出在Zygo干涉仪的球面光路中加入一个二元衍射元件作为检测件的计算全息法。 首先对计算全息法检测长焦透镜的面形和焦距进行了理论推导，并给出焦距误差公式。在Zemax中使用在平面基底上制作的二元衍射元件对一个长焦透镜的面形和焦距进行了模拟检测，其中对该长焦透镜面形的干涉检测PV值为0.003 4λ，对焦距的检测精度为-0.11%。最后详细分析了两类误差对检测结果的影响，其中光学元件的位置误差影响不超过0.1λ；二元衍射元件的制造误差影响约0.01λ，在具体制造过程中，其径向位置误差和台阶误差可分别在2 μm和5 nm之内。在综合考虑各项误差的情况下，该方法的检测精度仍然可控制在2λ/25之内。