Simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) architecture is commonly applied in wireless sensors or Internet of Things (IoT) devices, providing both wireless power sources and communication channels. However, the traditional SWIPT transmitter usually suffers from cross-talk distortion caused by the high peak-to-average power ratio of the input signal and the reduction of power amplifier efficiency. This paper proposes a SWIPT transmitting architecture based on an asynchronous space-time-coding digital metasurface (ASTCM). High-efficiency simultaneous transfer of information and power is achieved via energy distribution and information processing of the wireless monophonic signal reflected from the metasurface. We demonstrate the feasibility of the proposed method through theoretical derivations and experimental verification, which is therefore believed to have great potential in wireless communications and the IoT devices.

为实现自由曲面的定位与位姿高精度测量，提出了“光学-机械”基准定位法，建立了位姿测量模型，并对该方法的定位误差和基准选择展开研究。根据三坐标测量机与计算全息提出了“光学-机械”基准定位法。然后，采用球形安装的回射器（Sphere Mounted Retroreflector ，SMR）、猫眼、基准球作为基准，基于波像差理论与视差效应分别建立了3种基准的位姿测量模型，得到了位置误差与基准区域波前像差的函数关系，并对3种位姿测量模型进行对比。最后，对3种基准位姿测量方法进行仿真及实验验证，实测结果与模型的残差结果均小于0.05λ，相对误差均小于2.43%，验证了模型的准确性。实验结果表明，当检测距离为1 000 mm时，猫眼法的轴向定位误差为24 μm；基准球法的轴向定位误差为50 μm；SMR靶球法的轴向定位误差为16 μm，X，Y方向的定位误差为1 μm，滚转角定位误差为3.26″。SMR靶球法的定位误差最小、检测动态范围最大且检测光学元件的自由度最多，更适用于自由曲面的高精度位姿检测。

为了实现大口径凸非球面的高精度检测，提出了将子孔径拼接检测法和计算全息补偿检测法相结合的检测方法。由于其中心的非球面度较小，采用球面波直接检测；而外圈的非球面度较大，采用子孔径拼接和计算全息混合补偿的方法进行测量，再通过拼接算法将中心检测数据和外圈检测数据进行拼接从而得到全口径面形。结合实例对一块口径为540 mm的大口径凸非球面进行测量，并将检测结果与Luphoscan 检测结果进行对比，两种方法检测面形残差的RMS值为0.019λ，自检验子孔径与拼接结果点对点相减后的RMS值为0.017λ。结果表明该方法能够实现大口径凸非球面的高精度检测。

为提高离轴三反消像散（TMA）光学系统中次镜的制造效率和精度，开展了离轴凸非球面反射镜组合加工和零位检测的研究工作。首先，介绍了方形(298 mm×264 mm)高次离轴凸非球面反射镜的光学参数、技术指标和总体加工路线；其次，提出了铣磨加工工艺策略以及基于气囊和沥青的小磨头组合加工工艺；最后，阐述了光学零件抛光阶段采用的背部透射零位补偿检测法和Offner型零位补偿器，并采用光线追迹法对镜片的零位补偿检验面形畸变进行了矫正，最终面形RMS值为0.025λ（λ=632.8 nm），满足技术指标要求。上述组合加工工艺和背部透射零位补偿检测方案可以显著提升高次离轴凸非球面反射镜的加工精度和效率。

为了实现离轴光学系统的高精度畸变分析、测量及在轨图像的快速、高精度畸变校正，利用高阶畸变分析方法对离轴光学系统的相对畸变进行了拟合分析。首先，对离轴光学系统的理论畸变进行了分析，提出了等效焦距的概念，并利用高阶畸变分析方法对系统的相对畸变进行了拟合分析；接着，针对装调完成的某离轴光学系统完成了畸变测试及焦距测量；最后，利用实测结果完成了该离轴光学系统的物像对应关系的高精度解算。与ZEMAX光线追迹的结果相比，利用高阶畸变系数计算得到的等效焦距最大偏差为0.366 mm；对于某装调完成的离轴光学系统，实测等效同轴系统焦距的偏差仅为6.378 mm，相对偏差为0.073%。验证了该方法对于离轴光学系统畸变分析、测量及焦距测量具有正确性及精度保证，将为在轨图像的快速、高精度畸变校正提供可靠输入。

单光楔补偿检测法具有良好的适用性、鲁棒性和灵活性，但是在检测光路中存在多种误差耦合，误差解耦困难，影响了单光楔补偿检测的精度和可信度。针对这一问题，本文提出一种计算全息法(Computer Generation Hologram, CGH)标定单光楔补偿检测光路系统误差的新方法。文中首先分析了单光楔补偿检测法系统误差的来源，并对CGH标定光楔补偿器的可行性进行了分析。结合工程实例，对口径为150 mm的单光楔补偿器设计了CGH，经分析可得CGH的标定精度为1.98 nm RMS，CGH标定后单光楔补偿检测精度为3.43 nm RMS，该精度能够满足大口径凸非球面反射镜的高精度检测要求。结果表明：CGH可以准确标定单光楔补偿器的位姿和检测光路的系统误差，解决了检测光路中误差解耦困难的问题，提高了单光楔补偿检测的准确性和可靠性。使用CGH标定得到Tap#2和Tap#3的检测光路系统误差分别为0.023λRMS和0.011λRMS。

信息超表面由于其强大的处理空间电磁波的能力，成为国内外物理和信息领域的研究热点之一。文中主要介绍信息超表面在无线通信领域的一系列研究进展。信息超表面能实时操控电磁波及直接处理数字编码信息，并进一步对信息进行感知、理解，甚至记忆、学习和认知，这使其在无线通信领域展现出巨大潜能。文中首先介绍信息超表面在承担无线中继职能时所涉及的信道建模研究进展、以及其对信道的改善作用；其次介绍信息超表面在新体制发射机中的应用，通过对入射到信息超表面上的载波进行幅度或相位调制，实现了多种简化的发射机架构。此外，文中还介绍了利用信息超表面近场、远场以及散射场等信息，实现了多种新型无线通信系统。最后，文章对基于信息超表面的无线通信进行了总结和展望。

拼接式主镜的设计使超大口径望远镜的构想成为现实。为了研究拼接式望远镜的成像性能，精确分析和量化了拼接式主镜构型、平移误差、倾斜误差对衍射效应的影响，从拼接式光学系统的成像原理出发，基于齐次坐标变换建立了拼接式主镜的光瞳模型，并仿真分析了拼接主镜构型对衍射效应的影响。分析结果表明：对于不同构型的拼接主镜，其衍射效应受拼接主镜的填充因子和孔径间隔共同影响，填充因子越高，孔径间隔越小，系统成像质量越好。以典型的拼接主镜构型为例，分别仿真分析了单个子镜平移误差、倾斜误差和拼接主镜整体平移误差、倾斜误差对衍射效应的影响。分析结果表明：对于单个子镜，平移误差对远场衍射的影响具有周期性；对于拼接主镜整体，当子镜piston误差的均方根值小于0.039λ时，斯特列尔比大于0.95；当子镜tip-tilt误差的均方根值小于0.036λ时，斯特列尔比大于0.95。分析结果为拼接式望远镜的成像性能分析、主镜的构型设计、平移误差和倾斜误差的检测与调整等提供了依据。