人体血清中的胃蛋白酶原I是临床医学中诊断胃食管反流的常用生物学指标，而传统的检测方法存在测试时间长、成本高、灵敏度低等缺点。设计了一种能够快速定量检测胃蛋白酶原I的荧光测试系统。首先使用便携式显微镜采集样品的荧光图像，再利用RGB颜色通道中R通道图像处理算法对荧光图像进行检测和分析。最后根据实验数据，拟合出标准曲线，拟合度为99.556%，且检测结果的变异系数小于4.9%。结果表明，所设计的检测系统能够准确、快速地定量检测胃蛋白酶原I的浓度。

半导体芯光纤因其特殊的光电特性而受到广泛关注。由于纤芯和包层材料之间的性质差异, 制备高质量的半导体芯光纤比传统掺杂石英玻璃光纤更为困难。以锗芯光纤为研究对象, 通过有限元法, 模拟仿真了激光拉制锗芯光纤的动态过程, 研究了拉制过程中芯层锗和包层石英玻璃材料的流速差异, 以及不同拉丝速度对其流速差异的影响。仿真结果表明: 在预制棒颈缩区, 芯层锗和包层石英玻璃材料的流速差异最大, 且不同拉丝速度对预制棒芯层锗和包层石英玻璃材料的流速影响不同。

研究了一种在近红外波段具备良好成像能力的双凹面光栅成像光谱仪系统。对这种串联光栅系统中存在的主要像差像散和彗差进行了分析, 并计算获得了该系统的最优成像条件: 两个光栅和柱面透镜的最优摆放位置。这种改进型的Wadsworth系统可以在全波段近似消除彗差和像散, 具备良好的光学成像质量, 并仅通过刻线密度较低的光栅即可实现高光谱分辨率。设计了一个工作于780~1 100 nm波段的成像光谱仪系统, 其光谱采样达到0.92 nm/pixel, 全视场调制传递函数在17 lp/mm的奈奎斯特频率下高于0.45, 系统像差得到充分校正, 且加工和装调公差比较宽松。研究结果分析证明了设计理论的正确性。

针对差分吸收光谱仪搭载于地球同步轨道卫星时对地成像的要求, 设计了一种扫描摆镜转动控制系统。从摆镜控制结构设计、控制电路设计两个方面阐述了摆镜系统的方案。摆镜系统受载荷主控器控制, 接收控制指令并回传当前摆镜位置状态,通过LMD18200驱动芯片进行功率输出,由步进电机和谐波减速器构成的驱动器驱动摆镜转动, 编码器读取摆镜角度信息。给出了PWM(Pulse Width Modulation)波占空比的测定办法, 并提出通过回转到成像起始点之前的方式, 消除回程误差对成像区域步距不确定性的影响。 实验结果表明该系统的步距角均值偏差小于1″, 最大偏差小于5″,标准偏差小于2″。该光谱仪摆镜控制系统满足步距精度指标要求。

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪具备对地观测、太阳光光谱定标、卤素灯探测器自检三种工作模式, 所以需要三条相应的光学系统光路。为了使得光路得到充分利用,三条光学系统光路共用一部分光路,故设计太阳挡板活动部件、 光路切换活动部件和漫射板定标活动部件用于切换三条光路。 三个活动部件进行了部件寿命试验,而且整机进行了热真 空和热平衡试验,实验结果表明活动部件运行正常,活动部件满足寿命要求和环境适应要求。

研究了一种星载太阳同步轨道远紫外成像光谱仪,以满足对低层大气驱动力与电离层之间耦合作用探测的科学需求。仪器拟采用双侧向临边探测方法,对电离层中在远紫外波段产生昼夜不同特征辐射的各种粒子的光谱辐射强度进行探测,进而定量获取低层大气驱动力的影响。根据探测机理,进行了仪器系统观测方案设计、仪器性能参数与系统设计、原理样机系统集成、性能测试和地面辐射定标等研究,该研究为我国未来电离层远紫外成像光谱探测提供一种思路。

研究了一种在1.0~2.5 μm短波红外波段上可用于机载精准农业观测的成像光谱仪光学系统。研究分析了用于精准农业探测所需的成像光谱仪科学性能参数, 着重改进了Dyson成像光谱仪系统并获得了完善的消像散条件, 使得其各组成部分在沿光轴方向和垂直光轴方向均具备足够的空间, 确保了狭缝、探测器和光学镜片的光机结构放置。设计成像光谱仪具备良好光学性能, 光学系统F数为1.5, 视场28°, 狭缝长度25 mm, 光谱分辨率12.7 nm, 空间分辨率1 mrad, 系统像差得到充分校正, 公差比较宽松。该系统的研究将为精准农业遥感应用提供一种思路。

本文主要设计一种新型的可用于机载的紫外-可见-近红外高光谱成像系统，从而为沿海水色环境与污染观测提供一种有效的观测仪器。首先,根据探测目标特点确定了仪器系统的性能设计参数，选择了Dyson成像光谱系统来满足系统在宽谱段上的高信噪比和高光学性能; 但Dyson成像光谱系统的结构过于紧凑，因此对Dyson成像光谱系统进行了研究，调整了狭缝、像面和光学元件的位置，使它们在轴向和垂直轴向上均具备足够的间隔，并在这种大空气间隔下分析了系统的完善消像差条件。通过光程分析和弯月透镜的加入，使改进型Dyson系统在0.278的数值孔径和320~1 000 nm的宽波段上具备良好的成像结果，全视场全波段MTF值在探测器奈奎斯特频率下(38.5 lp/mm)高于0.5，研制原理样机的光谱分辨率为3.375 nm，满足设计要求。该系统可为沿海水色环境的高光谱观测提供良好的工程应用基础。

根据水下环境主要监测要素的特征光谱分析了可采用的观测方法, 并給出对应的高光谱成像仪光学系统性能参数; 分别设计了望远镜和成像光谱系统并进行匹配, 望远镜以双高斯透射式系统为原型, 利用较少的光学材料种类完成像方远心优化; 成像光谱系统基于Dyson系统, 通过光程分析与透镜的添加实现了良好的光学性能, 并保证了工程的可实施性.最终设计系统在350~700 nm波段上实现了视场角为28°、F数为3、光谱分辨率为3.5 nm、系统空间分辨率为1 mrad的良好光学性能, 设计搭建的原理样机性能测试验证了设计理论的正确性.