为实现激光传输内通道密封，会在末端加装带倾斜角的窗口，但窗口的回射杂散光辐照管壁会引起结构温升，加热通道内气体引起热效应。针对密封窗口的回射杂散光辐照加热直管道问题，建立了直管道部分结构场-气体密度场-光场的耦合仿真模型，分析了不同管道材料、管壁厚度、管道结构形式对光束波前畸变的影响。分析结果表明：等质量的铝、铜、钢三种材料中，铝管道引起的光束波前畸变最小，仅为钢、铜的约50%；通过管道外侧增加散热翅片以及高导热碳膜的方式来降低壁温、改善波前畸变的效果并不理想，波前RMS值下降不超过3%；增加受辐照段管道壁厚、提升管道热沉是降低光束波前畸变最有效的方案，铝管壁厚由8 mm增加至16 mm可使管道出口处的波像差RMS值从36.1 nm下降到21.4 nm，各阶像差均得到改善。研究结果能够为内通道部分管道设计和热效应评估提供一定的参考。

大口径快速反射镜（快反镜）常被应用于空间光通信和激光**等领域。为实现工作状态下大口径快反镜面形误差的实时检测，设计了大口径快反镜面形测试系统。该系统的口径参数为400 mm，工作波长为633 mm，由离轴式前置扩束系统和焦面附件系统组成。对测试系统的设计参数及元件参数选择进行了阐述，设计和仿真了光学系统结构，并基于光机热集成分析获得温度变化对光学系统的影响。测试大口径快反镜面形测试系统后结果表明该系统可实现实时记录和高精度测量，且在温度变化的工作环境下也可实现稳定测量，其测量稳定性为0.048λ（RMS，λ=633 nm）。

针对雨雪、雾霾等天气条件下氧气吸收被动测距受大气和气溶胶等复杂背景光谱影响严重的问题，采用混合像元分解技术对提高复杂背景条件下的测距精度进行了研究。分析了高光谱图像像元混合机理，以雨滴端元为例建立了复杂天气条件下目标与背景的混合像元模型；讨论了复杂天气条件下目标光谱的提取方法，提出了复杂天气氧气吸收被动测距的基本流程；最后，对不同距离处小雨、重度霾、中雪3种典型复杂天气条件下的卤钨灯目标进行了被动测距实验。实验结果表明，混合像元分解方法可快速提取目标光谱，与多次循环采集平均法、背景消除法相比测距精度有较大提升，不同的距离及天气条件下的测距精度分别提高到3.39%、5.81%和4.36%，可满足实际飞行目标辐射光谱的快速采集与测距精度要求。

分析了跟踪抖动对湍流大气传输远场光斑的影响。基于麦克斯韦电磁场理论，采用大气相干长度对大气湍流进行描述，推导了发射光束因跟踪抖动导致光轴偏离的远场表达式。在此基础上，利用相位屏法模拟抖动引起的倾斜相位和大气折射率起伏引起的相位调制，并采用低频补偿的功率谱反演法对传输过程进行了数值仿真。分析了不同跟踪抖动、湍流强度条件下远场光斑质心脱靶量的变化，以及不同尺寸模拟目标的回波概率。分析结果表明，在传输距离为10 km时，强湍流造成的远场光斑脱靶量可达几十μrad；当跟踪抖动较大时，湍流强弱对脱靶量影响差别很小。最后，对一定尺寸的模拟目标，从探测回波概率的角度给出了发射系统跟踪抖动量的控制范围。

随着波前测量技术的发展，具有多光谱通道的大口径波前测量系统成为波前测量领域的研究热点。设计了一种大口径多光谱通道波前测量系统，主要由前置RC缩束系统、调光组件、分光组件和波前传感器等组成，有效口径为450 mm，工作波段为0.5～0.8 μm、0.9～1.7 μm和3～5 μm。给出了光学系统的设计参数，描述了系统中光学元件的参数选择，运用Zemax软件完成了光学系统的建模和仿真。进行了机械系统的方案设计，并完成了系统的光机热集成分析。测试了大口径多光谱通道波前测量系统的各项参数，结果表明该波前测量系统的有效口径大于450 mm，在?10～50 ℃工作环境下，对可见光、近红外、中红外波段的波前均可实现高精度实时稳定测量，系统的波前测量稳定性优于0.05λ（RMS，λ=532 nm）。

利用调焦方式可以实现焦距的连续变化从而对不同物距下的光学组件进行在线检测，但是调焦过程操作复杂且对调焦位移精度要求较高，景深内光学元件缺陷无法区分，难以实现真正意义上的在线检测。因此，本文提出了基于相机阵列的光学组件缺陷在线检测方法。首先建立了相机阵列的成像模型并给出了数字重聚焦表达式以及空间分辨率的表达式。接着利用MATLAB模拟相机阵列成像过程和数字重聚焦过程。最后进行实验验证，通过二维位移台带动相机对不同物距下的多个光学元件表面缺陷进行成像获得阵列相机图像，通过数字重聚焦算法得到不同物距下的光学元件表面缺陷分布信息。实验结果表明，基于相机阵列的光学组件缺陷在线检测技术能够同时对位于景深范围内的光学组件进行在线检测。该方法在光学元件缺陷在线检测方面有着一定的应用价值。