针对透明光学元件特征不明显以及机器视觉难以进行大视场、高精度尺寸测量的问题，提出一种基于亚像素图像拼接的视觉测量方案。该方案对相机坐标系与世界坐标系间的旋转角进行标定，获得精确的尺度因子与图像预匹配结果；图像坐标系旋转角校正后小于0.1°；通过添加网格背景实现透明元件特征匹配。所提基于滑动窗口预匹配、随机采样一致性筛选最佳偏移向量的配准算法，使图像拼接精度达到0.05 pixel，较已有研究明显提升。将该方案应用于透明光学元件视觉检测系统中，在移动精度仅为0.02 mm的条件下，获得了平均误差为0.12 pixel的图像拼接结果，实现了透明光学元件的大视场、高精度尺寸测量。

不同于国际上其他空间项目采用光栅切换的光谱获取方式，中国空间巡天望远镜采用近焦面拼接光栅的方式获取大视场、宽波段无缝光谱，波长覆盖范围为250～1000 nm，光谱分辨率R≥200。国内紫外透射衍射光栅的天文应用尚在起步阶段，制作难度高，且不能从国外获得。经过多年努力，光栅性能在近期获得了较大提升。本文针对紫外光栅的科学应用性能和使用条件，分析了衍射光栅制作参数的优化，给出了衍射效率随入射角、入射光偏振态以及光栅槽形结构参数的变化规律。相关数据对在轨流量定标具有借鉴价值。通过选用不同的光栅结构参数对衍射效率特性进行分析，发现了紫外光栅峰值波长与顶角投影在每个周期上的比值之间的近似线性表达关系。本文讨论了满足科学需求的参数许可域，并将其用于控制光栅制作参数。多次试验后，光栅槽形结构参数和形状得到了精确控制，获得了性能优异的衍射光栅。制作的光栅线密度为333 line/mm，闪耀角为12.51°，峰值效率波长控制在315 nm，紫外波段实测峰值衍射效率为72.3%，平均效率为65.1%。该光栅的槽形、波前质量等均控制在较高水平，衍射波前质量均方根(RMS)达到0.06λ，峰谷值(PV值)达到了0.33λ。采用该光栅可获得良好的成像质量。

激光引力波望远镜的杂散光来源主要是细光束入射到镜面产生的反射杂散光。1 W的激光入射产生的杂散光需抑制到10-10 W以下，否则将严重影响主要参数光程差的测量精度。针对该应用背景，考虑了在细光束入射到镜面条件下由杂散光测试数据重构表征镜面反射特性的双向反射分布函数(BRDF)参数的可行性。传统方法测量BRDF需要4个转角，系统复杂不便于实时应用。为此基于光学元件各向同性和镜面杂散光模型的对称性，综合考虑了平面镜、曲面镜以及光束衍射效应、测量误差等因素，提出了一种仅利用子午面内一维测量若干个点的散射数据即可重构得到BRDF参数的方法，并用数值方法对其可行性和测量精度进行了验证。

建立了基于边界限制的宽波段高效率多通道光谱仪快速设计的分析模型,讨论了多通道光谱仪的性能要求、初始结构参数、项目成本、风险之间的相互关系。该模型能够根据给定的系统指标快速计算出多通道光谱仪各子系统的结构参数,能在项目初期对方案的可行性和项目预算给出合理的评估。以4 m级望远镜为平台,设计了基于体位全息光栅的多通道光谱仪,光谱范围为350~1000 nm,每个通道在闪耀波长处的分辨率为5000,光谱仪本体峰值效率大于53%,全工作波段单色像质能量集中度在80%处优于15 μm,满足系统的性能要求。

在极大望远镜宽视场光谱仪准直镜结构轻量化研究中, 实施多学科多目标优化的可行性设计。通过多目标遗传算法结合多学科协同对准直镜轻量化结构进行优化设计, 即以镜面形状要素为优化参数、镜面面型和质量为目标, 并借助遗传算法为优化算法获取Pareto最优解。对比研究了不同轻量化孔轻量化后综合性能和轻量化后准直镜的热稳定性, 三角型轻量化后准直镜轻量化率为70%, PV值为82.696 nm; 矩形轻量化孔准直镜轻量化率为75.3%, PV值约为107.03 nm; 准直镜环境温度变化为10 K时, 准直镜形变约增加一倍。研究结果表明: 三角形轻量化孔综合评价优于矩形孔; 准直镜结构轻量化多目标优化设计全面考虑了准直镜结构轻量化、轻量化孔形状要素和光学面型形变等多学科之间耦合问题, 设计者可按需选择全局范围内最满意的最优解, 这将大幅度降低开发成本和周期。

为了充分利用LAMOST望远镜, 实现对银河系不同星族的分布与整体性研究, 以及极端贫金属星元素丰度测定等科学目标, 研制了LAMOST高分辨率光谱仪, 光谱分辨率R≥30 000, 光谱覆盖范围380~740 nm。在充分考虑台址因素与现有条件后, 采用中继倍率07倍的准白瞳设计方案, 使用大芯径光纤、拼接大光栅、棱栅组合式横向色散器、缝前像切分器等措施来满足性能要求。进行了效率估算与杂散光分析, 光谱仪本体效率峰值大于30%, 杂散光照度占CCD总照度的255%, 信噪比为1601 dB。试运行阶段实测了太阳光谱, 温度稳定性达到±003 ℃, 光谱仪效率峰值约为335%, 满足稳定、高效的运行要求。

中国SONG项目(Stellar Observations Network Group)是中国天文界参与的一个国际合作的天文学研究计划。 其核心是利用高分辩光谱仪获取恒星的时序光谱。 光谱仪的分辨率根据科学目标的要求, 用不同的狭缝宽度实现R=60 000～120 000。 利用碘蒸汽发射线定标的方法, 实现高达1 m·s-1的视向速度测量精度, 以此测量恒星表面由于恒星震动产生的多普勒运动, 并实现项目的科学目标。 SONG光谱仪是项目的核心设备, 将介绍光谱仪的性能和天体物理应用的参数, 并给出实际测量结果。 作为一个测量恒星表面多普勒运动时序数据的仪器, 整个系统的长期稳定性是项目取得成功的关键, 在此也将展示仪器稳定性方面的工作。