大口径凸非球面镜在现代光学系统的应用日渐广泛，尤其在离轴三反光学系统中，它往往作为次镜使用。出于力学特性和热学特性考虑，一般采用不透明的SiC材料来制作此类非球面镜面，而且对于离轴系统，次镜的全口径均参与成像。口径大、加工材料不透明且无中心遮拦，使得传统的检测方法已经无法实现对此类非球面的检测。为解决此问题，提出一种计算机再现全息(CGH)与辅助球面镜混合补偿的凸非球面检测方法，构建了基于CGH辅助功能区域的检测对准方案，并以此方法对一口径为φ120 mm的SiC凸非球面反射镜进行了混合补偿检测，其检测结果与子孔径拼接检测结果在均方根(RMS)值为1/50 λ精度下一致，验证了该方法的可行性与正确性。

增加激光导星的散射层采样厚度可以提高波前探测器的探测能量,但是存在探测光斑弥散问题.针对该问题,分析并设计了动态聚焦系统.首先分析了采样厚度对波前探测能量的影响,结果显示,波前探测能量随着采样厚度非线性增大,当采样厚度为4 km、激光脉冲能量为10 mJ时,望远镜子孔径接收到的光子数为120,满足探测精度要求.然后分析了光斑弥散对波前探测精度的影响,当采样厚度为4 km 时,波前探测误差约为0.5 λ,探测误差较大.为了实现精确探测,依据分析结果设计了动态聚焦系统,将聚焦反射镜的移动距离由111 mm 缩小到100 μm、移动速度由4200 m/s降低到3.8 m/s,满足应用需求.最后利用Zemax软件进行优化,结果表明,对于4 km采样厚度,光学系统均能实现理想成像.

对大口径离轴非球面进行零位补偿检测时, 投影畸变过于严重的区域会由于干涉条纹密度过大而无法检测, 从而使加工难以进行。针对此问题, 本文采用相对畸变参数定量描述投影畸变, 设计了自由度更高、补偿能力更强的计算全息图(CGH)检测方法。该方法在CGH设计阶段考虑投影畸变分布, 选择合适的光路结构使得所有区域的投影畸变均较小。根据此方法, 对直径为1.45 m的离轴非球面设计了比零位补偿器畸变小的CGH。 检测实验显示: 使用设计的CGH可检测非球面的全口径面形误差, 验证了在CGH设计阶段考虑投影畸变的正确性与实用性, 表明该方法可解决加工过程中零位补偿器由于投影畸变导致部分区域不能检测的问题。以CGH的检测结果为指导, 目前该1.45 m直径的离轴非球面加工精度已达0.374λ PV, 0.023λ RMS。

为了利用位相差值法实现大气湍流格林伍德频率的准确测量, 研究了位相差值法的有效性、哈特曼探测器采样点数和采样频率的选取方法。首先给出了位相差值法的基本原理和测量噪声去除方法, 然后分析了哈特曼探测器采样点数和格林伍德频率的统计平均次数对测量精度的影响, 结果显示, 当采样点数大于400、统计平均次数大于400时, 可以实现大气湍流格林伍德频率的准确测量。研究了测量噪声的影响, 结果表明: 去除噪声后, 测量值的偏离误差从30%降低到06%。研究了算法的重复性精度, 得到测量值偏离量的RMS值为19 Hz, 占理论值的3%, 说明测量方法非常稳定。依据上述结果, 对8~108 Hz的湍流进行测量和分析, 结果显示, 当不考虑空气扰动时, 测量值与理论值基本一致。最后, 研究了哈特曼探测器采样频率和格林伍德频率之间的关系: 哈特曼探测器的采样频率越高, 能够准确测量的格林伍德频率也越高, 并得到了定量的经验公式。上述结果表明, 在满足采样点数、采样频率以及统计平均次数等条件下, 位相差值法可以实现大气湍流格林伍德频率的准确测量。该研究工作为大气湍流的格林伍德频率测量提供了应用依据。

为了提高自动调焦算法的性能，对调焦评价函数和调焦搜索算法进行了研究。在分析人类视觉系统(HVS)特性研究成果的基础上，提出了一种基于HVS加权的小波调焦评价函数。根据视觉多通道特性和视觉敏感度带通特性，对不同方向、不同空间频带的小波高频系数分别赋予不同的权值。为了克服爬山法搜索速度慢的缺点，提出了一种基于SOM神经网络的搜索算法，采用训练完成的SOM神经网络预测镜头的最佳聚焦位置。实验结果表明，提出的小波调焦评价函数得到了比传统小波调焦评价函数更优的调焦特性曲线;采用本文的搜索算法平均仅需要采集处理73幅图像就能找到最佳聚焦位置，与基于全搜索的爬山法相比，节省了大量的搜索时间。说明提出的调焦方法不但可以得到符合人眼视觉的调焦效果，还可以实现快速自动调焦。

针对在工程研制阶段隐身雷达罩与频率选择表面(FSS)间的空气隙引起的隐身雷达罩传输性能劣化问题, 设计了一种具有低空气隙敏感度的新型雪花环状单元频率选择表面以降低空气隙的影响。采用模式匹配法进行了FSS理论仿真。为了进行对比分析, 针对假定技术指标分别给出新型单元FSS和Y环单元FSS的最优化设计结构, 采用光刻工艺制备出等效FSS平板样件, 在微波暗室中采用自由空间法测试其传输性能以验证设计。仿真和测试结果一致表明: 新型雪花单元FSS在很大的空气隙内(190~6 500 μm)均满足技术指标, 优于Y环FSS的最大空气隙范围(320~1 900 μm)。最后, 简要分析了雪花单元FSS设计的优点。分析结果显示, 新型雪花单元FSS在满足隐身雷达罩常规技术指标的前提下, 具有较低的空气隙敏感度, 可在工程试验阶段用于FSS的研制。

通过偶联法合成了6种氟代苯基二苯乙炔基异硫氰酸酯液晶化合物。这些液晶均具有较高的Δn值, 约为0.40~0.54。差热分析结果显示, 具有更多取代氟原子的液晶化合物具有相对更低的熔点。将这些高Δn液晶化合物溶于商品炔类液晶材料时, 氟原子为1、2的液晶化合物显示出更低的黏度。当这些混合液晶材料用于具有固定调制量的光学器件时, 2个取代氟原子的液晶化合物显示出了更好的响应性能。这些液晶化合物在液晶光学器件中将具有一定的应用潜力。

在确保制作感性网栅膜后光学窗红外透射率下降小于5%的前提下, 研究了影响感性网栅膜电磁屏蔽特性的主要因素。归纳了感性网栅膜红外透射率公式, 运用含阻抗边界条件的谱域Galerkin法推导了周期结构金属网栅的电磁场积分方程, 用周期矩量法计算出网栅的反射系数及透射系数, 进而求出其电磁屏蔽效能; 计算并分析了采用不同线宽、周期、衬底材料、衬底厚度时透明导电光窗(金属网栅膜)的电磁屏蔽效能。最后, 采用激光直写、真空镀膜等工艺在ZnS基底上制作了周期为360 μm×360 μm、线宽为12 μm, 方块电阻分别为13 Ω、25 Ω的样片, 采用自由空间法测试了2～18 GHz频段的电磁屏蔽效能。测试与分析结果表明: 当感性网栅膜在8～10 μm波段引起的平均透射率下降小于2％的情况下, 电磁屏蔽效能平均达到了20 dB以上。结果显示网栅的光电特性是矛盾的, 线宽与周期越小电磁屏蔽效果越好, 同时应尽量降低网栅的表面电阻。

利用感性表面(金属栅格)与容性表面(间隔的金属环形贴片)之间的耦合机制制备了微型频率选择表面(MEFSS)。依据传输线理论给出电感、电容近似公式，定性分析了MEFSS结构参数，采用全波分析矢量模匹配法计算了不同几何结构参数与耦合层电参数MEFSS的传输特性。通过镀膜与光刻法在500 μm厚聚酰亚胺膜两侧以矩形排列方式制备了12个0.125λ集总电感单元与集总电容单元，利用自由空间法测试了240 mm×240 mm MEFSS样件的传输特性。结果显示，测试样件中心频点为14.636 GHz，透过率为-0.382 dB，-3 dB，带宽为2.17 GHz时，单元尺寸为0.125λ; 当单元尺寸变小时，中心频点向高频漂移，其透过率下降; 固定单元尺寸，中心频点随固定电感宽度、电容间隔和环形贴片宽度的增加而向高频漂移; 耦合层厚度增加0.4 mm，中心频点向低频漂移1.4 GHz，且透过率降低2.6 dB; 相对介电常数由3.5变为2，中心频点向高漂移2.8 GHz。结论显示，利用感性与容性表面耦合机制能制备单元尺寸为0.125λ的FSS，其具有微型化、宽通带和对入射波角度不敏感的特点。

研究了离心式涂胶工艺理论以实现在凹球面内表面涂布厚度均匀的光刻胶。首先, 讨论了影响膜厚均匀性的主要因素; 接着, 用流体力学理论分析了离心式开口向下球面涂胶过程中胶液的受力流动状态, 建立了出胶膜厚度与离心机转速、胶液粘度、旋涂时间等参数关系的数学模型; 最后, 为了验证理论的正确性, 在口径φ120 mm, 凹球面半径300 mm, 矢高12.5 mm的K9玻璃试验件内表面开展涂胶工艺实验。测试分析结果表明, 该理论分析模型与实际情况相符, 根据理论分析采用主轴与工件旋转轴偏心的装夹方法, 在整个球面内表面可以得到厚度均匀的胶膜。当光刻胶黏度为1.1~1.9 Pa, 主轴转速为3 000~6 000 r/min时, 可在凹球面上涂布厚度为0.5~1 μm的均匀胶膜。