折反射式望远系统广泛应用于天文、航海等环境的观测需求。然而目前大部分的折反射式望远系统为提高其成像质量常采用非球面镜系统。由于非球面镜系统的镜头加工及组装等难度相对较高, 为避免此类问题, 论文利用Zemax OpticStudio光学设计软件设计一款具有易加工的全球面镜卡塞格林式望远系统。望远系统由一带孔的主反射镜、一次反射镜以及四个辅助透镜组成。其F数为2.6, 焦距为760mm, 工作波长在0.9~1.7μm, 线性拦光比为0.45, MTF值在频率35lp/mm内均大于0.5, 尺寸控制于Φ350×800mm以内。在上述技术指标的基础上, 该系统能有效地校正像差, 具有较好的成像质量。该结构方案有望为卡塞格林式折反射望远光学系统的设计提供新的思路。

高光谱分辨率光栅光谱仪是探测太阳大气活动的重要仪器。由于光栅衍射效率受光栅入射角的影响, 从而直接影响光栅光谱仪的能量利用率, 因此如何准确确定光栅入射角是光栅光谱仪光学设计面临的重要问题之一, 现有方法多依靠工程实践积累的经验。为此, 以多个特征谱线均能获得更高光栅衍射效率为优化指标, 以光栅入射角为研究对象, 提出了一种高光谱分辨率光栅光谱仪的优化设计方法, 并给出了针对云南天文台 1 m 新真空太阳望远镜 (NVST) 的多波段光栅光谱仪设计方案。

微波光子滤波器(MPF)的参数不可调, 限制了其在全光网络中的应用。运用光模式耦合理论和矩阵行列式分析取样光纤布喇格光栅(FBG)的频谱特性, 利用取样FBG的周期性排列结构, 研究得到一种多通道MPF的多参数可调谐设计, 并建立了基于四阶取样FBG阵列的多通道MPF的仿真模型。仿真结果表明: 提高光栅的折射率变化率可增大MPF通道带宽; 增加相邻FBG的光程差可增大MPF通道间隔; 控制FBG温度以调谐MPF中心波长, 使MPF在低通、高通、带通及带阻滤波器之间可灵活切换。

激光在传输过程中会受到大气抖动的影响,大气抖动产生的像差会导致成像面上的光斑弥散和能量利用率下降,从而降低远程声音采集的质量,不利于激光监听技术在实际环境中的应用。以像差为研究对象,研究像差对激光远程声音监听能量利用率的影响,并对此进行了理论推导。分别分析了不同类型、不同大小的单阶Zernike像差和大气湍流对远程声音采集质量的影响,并进行了数值计算。结果表明:不同类型、不同大小的像差对能量利用率的影响不同,能量利用率随着像差的增大而降低;不同大气湍流对能量利用率的影响不同,能量利用率基本上随着D/r₀的增大而降低。本研究为提高远程声音监听质量提供了理论依据和参考。

为了研究不同太阳大气高度的热力学特性, 具有良好成像质量的成像型光栅光谱仪是实现这个目标的重要仪器。 然而作为地基式太阳望远镜重要的终端仪器之一, 光栅光谱仪的光谱成像性能不可避免的会受到动态波前像差和系统静态像差的影响。 动态波前像差常通过在太阳望远镜系统中集成自适应光学系统进行补偿。 针对光学系统中的由装调和光学元件加工等引起的静态波前像差, 提出了一种基于自适应光学技术校正光栅光谱仪中静态波前像差的方法, 并进行了数值模拟仿真和实验验证。 实验结果表明, 校正后系统的残余波前像差RMS≈0.025λ, 此时波前像差对光谱分辨率和能量利用率的影响可忽略, 提高了光栅光谱仪的光谱成像质量, 证明了所提出的方法的有效性。 此外它具有降低光学系统装调精度和光学元件加工精度要求的优点。

太阳光栅光谱仪是研究太阳大气分层结构特性的重要仪器，其性能受到大气扰动及系统装配误差等引入的波前像差的限制，需要采用自适应光学进行校正。由于光栅光谱仪中的狭缝对波前像差的滤波作用，使得传统自适应光学无法直接用于光栅光谱仪中。研究了狭缝对自适应光学技术波前校正能力的影响，提出了一种基于狭缝滤波灵敏度的差别校正方法并进行了数值模拟仿真分析。数值仿真结果表明：自适应光学校正后，由像差引起的光谱分辨率衰减量总体上优于1%，从而说明了该校正方法能有效地抑制大气扰动和系统静态像差所引起的光谱展宽，从而提高了光谱分辨率。自适应光学校正后能够有效地提高能量利用率η，当狭缝宽度为3倍艾里斑直径时，η由校正前的约20%提高到了90%以上。