为了解决高灵敏度透射式微弱信号探测、超窄谱段探测系统的超低杂散光问题，研究了透射式光学系统焦平面产生鬼像的原理及特性。根据探测器光敏面的表面属性，分析了透射式光学元件与探测器形成鬼像的原因。利用Light-tools软件对光学系统建模分析，仿真模拟鬼像产生及鬼像与主像的位置、能量等关系特性。最后，基于仿真结果设计了鬼像验证实验。仿真分析及实验结果表明，鬼像与主像等大、共焦且中心对称。仿真分析结果与实验结果高度一致，验证了鬼像形成原理及其特性的正确性。该结果可以指导其他高灵敏度透射式光学系统设计阶段对鬼像的消除。

为了实现复杂结构的多波束激光之间角度匹配以及收发平行的问题，提出了共基准装调方法，将发射部分与接收部分分开装调，然后通过统一基准进行对接。针对该发射系统的波束多，波束之间角度要求严格，扩束倍率大以及发散角要求严格等特点，对发射部分的装调方法进行了研究。根据结构设计上的收发关系建立了统一的基准，即激光发射系统的底板，该底板也是与接收对接的接口。分析了扩束镜头对激光发散角以及出射方向角度的影响，并根据分析结果先对激光器进行角度调整，使用大口径长焦距平行光管与高精度多光轴标校系统，对激光器的出射光方向和发散角进行测试并调整到位，使激光器出射光的角度满足所需要的角度要求，误差在1'以内；最后与扩束镜头对接，根据扩束镜头对发散角以及激光出射方向的影响，调整扩束镜头正负透镜组之间的间距以及扩束镜头的整体位置使得激光发散角与出射角度满足所需要的角度，发散角误差在5 μrad，出射角度之间的误差在5″以内。实测结果显示，各个激光出射角度之间的偏差优于5″，发散角为（0.042±0.001）mrad，满足扩束倍率以及最终发散角的要求，具备与接收系统对接的条件。该多波束激光发射系统的装调方式合理可行，装调结果满足指标要求。

低温镜头多用于深空低温环境下对暗弱点目标的探测, 能量集中度是评价该类镜头性能的重要指标。以采用热卸载设计的某红外低温镜头为实验目标, 设计了低温镜头能量集中度测试方案, 并对测试误差进行了分析。该方案采用星点靶标成像, 利用低温精密调焦技术实现对像点的精确采集, 通过高斯曲面拟合计算质心和两次反卷积数据处理, 实现了200 K低温下红外镜头的能量集中度测试。分析了测试系统的误差源并标定了各项误差值, 通过误差和不确定度分析得到了精确的测试结果。实验结果表明, 所述的低温镜头能量集中度测试精度优于7.5%, 具有工程应用价值。

为了在不影响杂散光抑制效果的同时减少空间遥感器的结构尺寸, 方便其姿态控制, 提出了一种超短型内嵌式遮光罩。介绍了超短型内嵌式遮光罩的基本结构形式及其优化设计方法。重新设计了遮光罩的形状, 采用超短型多层遮光筒结构代替了传统设计中过长的外遮光罩。改变了遮光罩与主体结构的安装方式, 将遮光罩嵌入式安装于空间遥感器的主体结构, 最大限度地压缩了结构尺寸。以某航空相机光学载荷为例, 分析了该种遮光罩的可行性和消杂散光效果。采用Light-tools软件优化设计了双层同心圆柱筒结构的遮光罩, 并对该遮光罩的杂散光抑制效果进行了评估。模拟计算结果表明, 外遮光罩采用超短型内嵌式结构后, 遮光罩总长度和重量均减小为传统设计结果的1/3。系统的点源透过率(PST)曲线显示其整体呈下降趋势, 且在离轴角大于25°后, 光学系统的PST降低到10-7以下。另外, 设计的遮光罩能够有效抑制视场外杂散光, 其杂散光抑制能力与其他离轴、同轴系统大体相当, 满足使用需求。

星载激光测距仪扩束系统为无焦系统，对光学装调有着苛刻的要求，装调精度是决定激光测距仪工作能力的关键因素。利用计算机辅助装调技术，确定光学系统对光学元件的敏感度和补偿调整参量。针对镜间距影响该系统性能参数的特点，提出采用高精度三坐标测量技术和双光路定心技术对扩束系统装调。最后，采用 1 064 nm干涉仪对光学系统像质进行测试，使用套孔法对束散角进行测量。测试结果表明：该星载激光测距仪扩束系统RMS优于0.225λ，束散角为0.41 mrad，满足设计要求。

分析了航空红外相机的结构特点, 论证了装调该类相机的关键技术。提出一种针对单相机镜头的装调和验证方法。 该方法基于经纬仪测试探测器的线阵方向和视轴方向对相机进行粗调, 结合质心亚像元定位算法对相机进行精调。提出了基于大口径平行光管和高精度可控转台覆盖所有镜头完成一次性装调的方案, 解决了多个视轴相机组视轴高精度一致性装调的问题。实验表明: 提出的方法满足航空红外相机的高精度、小公差的装调要求。单相机视轴与光轴夹角、多角度各组相机之间的视轴夹角的实际装调精度达到0.052 pixel, 比常规方法单像元的装调精度提高近20倍。 提出的方法为航空红外相机的高精度装调提供了一种精确可行的途径, 并可应用于结构类似的航天遥感器的装调。

光电成像器件在实现夜间光辐射探测时， 由于其探测环境的光谱特性与标准光源完全不同， 势必在成像特性分析上， 由于光谱匹配带来较大误差。 采用便携式CCD光纤光谱仪对晴朗月空、 晴朗星空进行夜晚天光的光谱辐射特性测量， 并进行光谱分析从而为正确评价光电成像器件的成像特性提供参考。