声光可调协滤波器（AOTF）成像光谱仪可同时获取探测目标的空间图像和光谱信息，具有体积小、质量轻、中心波长挑选灵活等优势。提出一种基于AOTF成像光谱仪组合变焦光学系统设计方案并完成了主动变焦前置光学系统仿真设计。该方案由主反式变焦前置系统和具有任意放大倍数的投影系统组成，可实现大变焦范围主动变焦成像。前置光学系统的初始结构由主反式变焦系统设计理论确定，利用同轴系统的离轴解和参数优化完成离轴三反远心结构的设计和系统像差校正，构建逐步逼近优化法实现主动连续变焦。在Code V中的仿真结果表明：前置变焦系统工作波段为0.5~1.7 μm，变焦范围为260~520 mm，短焦处调制传递函数大于0.68@34 lp/mm，长焦处大于0.45@34 lp/mm，全场的均方根半径小于0.345 μm，成像质量良好。

声光可调谐滤波器(AOTF)成像光谱仪能够同时获取图像、光谱及偏振信息,已成功应用于航天、农业、林业、医学及食品安全等领域,具有较好的发展前景。光学系统是AOTF成像光谱仪获取信息的关键部件之一。为此,研究国内外常见的AOTF成像光谱仪光学系统,介绍AOTF的工作原理及光谱仪的总体设计方案,计算全系统的前置、准直及成像等子系统光学设计参数,完成共口径光学系统的仿真设计。前置光学系统采用自由曲面离轴三反结构,与准直系统的光曈匹配,准直及成像系统为光阑前置的离轴三反系统。仿真设计结果表明,在工作谱段为0.4~5.0 μm、焦距为125 mm、F数5和视场角为5.3°的情况下,系统的MTF值分别在谱段0.4~1.0 μm、1.0~3.0 μm和3.0~5.0 μm下均接近于衍射极限且大于0.57,畸变小于5%,成像质量良好。

基于浸入式光栅与普通光栅的特性差异,推导了浸入式光栅的光栅方程,研究了浸入式介质吸收对单缝衍射和多光束干涉强度分布的影响,得到经修正的单缝衍射因子和多光束干涉因子,推导出存在介质吸收情况下的光强分布公式.分析结果表明: 该公式更具有普适性,单缝衍射强度分布公式、多缝衍射强度分布公式以及平行平板多光束干涉强度分布公式均为该修正公式的特殊情况.

天体物理学的发展对实测天文的要求越来越高，天文光谱偏振观测能够获得更多的天体信息，可为进一步的研究提供全面的资料。以中国科学院国家天文台的2.16 m地基式天文望远镜为平台，设计并研制了基于声光可调谐滤波器的偏振成像光谱仪，光谱范围为450~900 nm，光谱通道数为128个。以声光可调谐滤波器(AOTF)为分光元件，光谱通道可电调谐，可以同时获得图像光谱偏振信息。该设备由望远镜准直系统、声光可调谐滤波器、望远镜成像系统，补偿准直系统，补偿成像系统及探测器组件组成。介绍了声光可调谐滤波器的偏振成像光谱仪的工作原理、设计方案及各光学子系统的设计参数分配，最终完成了一个设计质量在32 lp/mm 的空间频率下, 调制传递函数(MTF)均值为0.5的光学系统。

由于目前的 CCD尤其科学级 CCD的动态范围高达 105:1，甚至 106:1，此时若要满足 ADC的动态范围大于 CCD相机的动态范围，则必须选择分辨力为 18～20 bit的 ADC，而航天级或高等级的高分辨力 ADC较少且价格昂贵。本文利用 CCD相机系统的噪声谱密度跟信号大小有密切关系这一特点，对于强光信号和弱光信号采用不同的信号处理链，从系统通道增益的角度阐述了低分辨力 ADC实现高分辨力模数转换的原理及硬件实现方案，最后通过实验室成像测试验证，实验结果表明，用低分辨力 A/D转换器采用粗细量化相结合方式实现了高分辨力模数转换，并提高了 CCD相机的动态范围。

基于声光可调谐滤波器(AOTF)的成像光谱仪是一种新型的成像光谱仪，它除了具有一般成像光谱仪的二维空间信息与一维光谱信息外，还能获得目标的偏振信息。在实际应用中AOTF可接收的光束孔径角一般不大于5°～6°，因而受到所采用声光晶体可接收角度的限制，AOTF光谱成像仪的光学系统不能同时兼顾大孔径与大视场。要求AOTF成像光谱仪视场满足128×128像元，TeO2晶体尺寸为10 mm×10 mm，根据声光可调谐滤波器成像光谱仪光学系统的特点，分析比较了2种光学系统总体方案，最终将系统的孔径光栏放置在晶体上，TeO2晶体尺寸限制了孔径光栏的尺寸，晶体可接收的角度决定了系统的视场角，提高了能量利用率，获得较高的图像信噪比。

介绍了一种新型的空间望远镜，通过改变光学系统焦距，可以提高任意感兴趣视场的成像分辨率。光学系统有四个反射镜组成，包括两个静态非球面反射镜和两个面形动态可调非球面反射镜.通过改变两个可变形反射镜的面形，系统焦距可以在399 mm到558 mm范围内进行动态调整.和机械式变焦系统相比，此主动变焦系统避免了光学元件的精密移动，有效减少反应时间。分析了此系统的成像质量，给出了0°、0.51°、0.7°不同视场的弥散斑：1.6 μm、1.0 μm、1.7 μm，及传递函数：在68 lp/mm 时，MTF曲线值大于0.7.此新型成像技术还可以有效减少数据传输链带宽需求，在遥感领域具有广阔的应用前景.

大到天文光学望远镜观察浩瀚的宇宙, 小到光学显微镜探察细微的纳米世界, 光学成像技术在人类探索和发现未知世界奥秘的活动中扮演着至关重要的角色. 看得更远、看得更细、看得更清楚是人们不断追求的目标. 传统光学理论已证明所有经典光学系统都是一个衍射受限系统, 即光学系统空间分辨率的物理极限是由光的波长和系统的相对孔径（或数值孔径）决定的. 能否突破这个极限？能否不断提高光学系统的成像分辨率？围绕着这个问题, 本文综述了近年来开展的各种光学高分辨和超分辨成像技术, 及其在空间探测和生物领域中的应用.

为了获得工作谱段范围在400～900 nm声光可调谐滤波器(AOTF)的成像光谱仪系统的二维空间信息、一维光谱及偏振信息，设计了一种应用于AOTF成像光谱仪的光学系统。介绍了AOTF的工作原理，根据AOTF光谱成像仪总体方案，对光学系统的物镜、准直镜及成像镜进行了合理的光学参数分配。设计中采用CODE-V光学设计软件模拟AOTF的多级衍射，在晶体中心即孔径光阑共轭的位置处设置了一块透射式光栅来模拟晶体的偏转，成像镜同时收集由AOTF产生的正交偏振的正、负一级衍射图像，整个系统采用了3种光学玻璃，最终完成了一个设计质量在32 lp/mm的空间频率下，调制传递函数(MTF)均值为0.75的光学系统。