利用纳秒级光纤激光器直接书写的方式实现了304不锈钢板表面超高效虹彩结构的构建，其速度可达到5 mm²/s以上。通过改变激光能量参数，得到了激光诱导金属表面虹彩结构特定形成的工艺范围。实验分析得出，改变参数，使得每次脉冲形成的熔池边界间距满足布拉格条件，可使这种微观结构出现虹彩现象。同时，利用特定工艺直接构建了一种具有光栅衍射虹彩、薄膜干涉结构色及固有色的复合结构，这种结构可在不同的角度下实现三种颜色交替主导的色彩表现，这也为金属表面的个性化着色提供了新方案。

波前编码技术是一种新型计算成像技术, 针对该技术中关键元件相位板的设计难题, 首先通过一种具有三次方面型相位板的波前编码光学系统, 结合编程软件和光学设计软件的自动化动态链接方式, 详细叙述相位板的关键参数——调制因子的优化过程, 计算得到的最佳参数对焦深延拓达到100倍以上; 然后从相位板加工误差和装调误差两个方面, 分别仿真分析了相位面面形误差, 装调中平移、倾斜、偏心误差, 以及解码时的旋转误差对焦深延拓效果的影响, 可以得到[PV<0.8 μm]时的相位面面形误差在允许范围内, 常规装调公差对相位板容差较好, 旋转误差对解码的清晰度有一定的影响。

仿生蛾眼是一种具有抗反增透效果的微纳米结构, 该结构采用化学沉银方法制作了随机分布的双面仿生蛾眼抗反射纳米结构透镜, 平均透射率在97%以上。分析了相同参数组合条件下周期蛾眼结构和随机蛾眼结构的透射率情况, 得出在设计波段内, 随机蛾眼结构透射率优于周期结构的结论。采用蛾眼透镜进行相关参数的计算, 利用CODE V平台设计了一款全蛾眼成像镜头。该蛾眼系统焦距为25.5 mm, F数为5, 视场角13°, 光谱范围400～700 nm。经过成像对比试验显示, 蛾眼镜头相比常规镀膜镜头而言, 对鬼像、边缘眩光等杂散光具有很好的抑制作用。

针对机载光电侦察探测和跟踪吊舱大视场连续观察的应用需求,设计了一款大变倍比大视场连续变焦中波红外光学系统。该系统根据物像交换原则,采用正组补偿结构形式,变焦方式简单,变焦曲线平滑易加工实现,仅使用7片固定透镜和2片变焦透镜,即完成了变倍比为35倍,焦距13～460 mm,短焦视场40.5°×33°的中波红外连续变焦光学系统设计。结果表明,该系统在各焦段MTF曲线均接近衍射极限,32 lp/mm时均高于0.1,最短焦距全视场畸变小于4%,公差分配设计合理,且结构尺寸紧凑,变焦曲线行程短,对机载大视场连续变焦光学系统设计具有有益的参考价值。

为满足有界波模拟装置指标需求, 研制了一台高功率窄脉冲源。利用 Marx发生器并联充电、串联放电的原理, 该脉冲源可实现百千伏的脉冲高压输出, 其最终输出电压幅值 100 kV, 上升时间1.8 ns, 脉冲半宽 40 ns, 满足模拟装置指标要求。该脉冲源结构紧凑, 直径 18 cm, 长度 97 cm, 可用于在室内开展高空核电磁脉冲对待考核系统所产生的破坏效应和加固技术研究工作。

研制了一种百千伏紧凑型Marx发生器,介绍了紧凑型Marx发生器的工作原理和设计原则。依据设计原则采取单边充电,陶瓷电容作为储能元件,开关和绝缘腔体一体化设计,功能模块化等措施使得Marx发生器结构紧凑。该发生器前级部分集成了触发、充电和气路控制模块,只需提供气源和市电即可实现可靠工作; 该发生器输出电压范围为15~100 kV,通过不同的负载转接结构已用于高压触发装置和电磁脉冲模拟装置脉冲源等应用。

利用时域奇异值分解(SVD)技术对并行时域有限差分(FDTD)方法计算得到的分布式负载平行板有界波电磁脉冲(EMP)模拟器内的场进行模式分析,给出有、无效应物时模拟器内场的3个主要模式(即TEM,TM1和TM2模)奇异值的变化及该奇异值随效应物的位置及高度的变化规律.研究结果表明:电磁波在模拟器中传播时,其主模TEM模的高频分量在衰减;效应物越靠近源时测试点场的3个主要模式所对应的奇异值变化越大;且当效应物的高度与所在位置处两极板距离之比小于等于60%时,效应物附近位置处场的TEM模对应的奇异值会出现两个极大值点,两点的水平间距与效应物的水平尺寸相当.

实验研究了长60 m、宽20 m、高10 m的大尺寸TEM天线的传输特性,其脉冲源采用薄膜开关与天线一体化设计,输出电压幅值可达10 kV,上升沿约1.2 ns.实测了TEM天线内部的电场分布,研究了该大尺寸TEM天线中电场分布规律,给出了脉冲上升沿与传输距离的关系、脉冲幅值与传输距离的关系,总结了快沿双指数波在天线中传输的高频损耗特性,给出了实验空间的选择方法.研究结果表明:上升沿随传输距离呈线性增大趋势,两极板中间测点增大速度最快,传输50 m距离,上升沿增大约1.2 ns;电场幅值随传输距离呈指数减小趋势.

为了解决不同厚度下平行平晶的多表面干涉效应对光学元件面形检测的影响，提出了基于波长移相调谐原理的多表面干涉面形检测方法。根据波长移相调谐原理，推算出不同厚度下被测元件与测试腔长的比例关系，通过对多表面干涉图进行离散傅里叶变换，进而提取出平行平晶前后表面面形的相位信息。实验结果表明: 与ZYGO公司GPI干涉仪测量结果对比，厚度分别为10 mm和40 mm的两块平行平晶，测试结果偏差很小，验证了算法的有效性。

铝合金厚板由于焊接难度大、效率低和变形大等问题使其难以得到广泛应用。利用厚板超窄间隙激光焊方法及IPG公司YLS-6000光纤激光器焊接了25 mm厚的5083铝合金厚板，并利用光学显微镜、扫描电镜和低温拉伸试验机分析了接头组织及低温性能。结果表明，超窄间隙激光焊方法可得到成形良好无明显缺陷的焊接接头，焊缝由7层构成，上下宽度一致且小于4.5 mm。焊缝组织为细小柱状晶且均匀分布有不连续的点状析出物。热影响区晶粒并无明显长大，有部分析出物析出。焊缝与母材显微硬度相当，热影响区软化现象不明显。在273 K、243 K、213 K及183 K温度下焊接接头抗拉强度与屈服强度随温度降低略有升高，且与母材强度相当。接头弯曲试样弯曲180°后缺陷较少，焊缝塑性较好。