为了满足远距离目标捕获的需求, 提出了一种单镜头大视场拼接成像方法, 设计了实验样机对其进行验证, 对样机的成像特性进行了分析。介绍了样机的结构设计和相机曝光控制流程, 然后根据该成像方法通过控制相机连续圆锥旋转实现大视场成像的特点, 分析了样机成像的像移特性及样机结构运动精度对子图像正确拼接的影响, 最后设计了在样机运转过程中使相机准确对子视场曝光的控制参数。实验中将样机参数代入分析结果进行了计算, 得出了成像的像移大小, 并对由相机运动误差导致的子图像拼接偏差进行了校核。计算得出了相机的曝光控制参数, 最终获得了拼接正确的大视场图像。通过对实验样机的成像特点进行分析, 为该单镜头大视场拼接方法在激光对抗系统中的工程应用奠定了基础。

在远距离目标轨迹测量系统中, 当前的长焦相机由于CCD尺寸限制一般视场角度较小, 无法实现对目标的可靠捕获。在对比当前的几种大视场拼接成像方法后, 针对远距离目标测量系统的要求提出了一种通过控制单个相机进行圆锥旋转来模拟4相机阵列实现大视场成像的方法。设计了实验样机对该方法进行验证。首先根据该成像方法设计了相机运动控制方案和相应的机械结构, 然后设计了相机的触发控制以及图像数据的传输和处理流程, 最后使用该样机进行了实验。实验中样机经校准后采集到了相对位置正确的子视场图像, 并拼接获得了大视场图像。使用视场角度为1.02°的小视角相机, 实现了4个有一定程度重合的子视场2×2拼接, 最终获得了1.93°的大视角。该方法为远距离目标测量系统中的目标捕获子系统设计提供了新思路。

新型光学检测靶标能够在内场模拟复杂运动轨迹的外场目标, 得益于结构组件中直线运动系统, 但直线运动系统以悬臂梁形式安装, 跨距大、刚度低, 不能够保证靶标的检测精度。为此, 首先根据欧拉-伯努利梁理论, 提出了在有限空间内对其进行结构加强的解决方法; 其次, 结合线性模组结构动力特性, 在其周围合理布置加强梁、加强板, 并采用集成优化设计确定加强组件的最优尺寸; 最后, 对安装后的直线运动系统进行模态分析与测振实验。仿真分析与实验结果显示: 直线运动系统加固后整体结构一阶、二阶固有频率分别为36、55 Hz, 与仿真设计值32、54 Hz吻合的较好, 与加固前一阶固有频率14 Hz相比较, 提高了1.86倍。结果验证了加强组件设计的合理性与可靠性, 加强后的直线运动系统结构性能满足新型光学检测靶标所要求的质量轻、刚度高、抗干扰能力强等要求。

激光发射系统中激光与经纬仪高精准对接保证了激光的高精度定向发射, 针对激光器与经纬仪机下对接方式, 从理论上建立整体坐标系下基于库德光路传导激光的库德镜空间归一化模型, 精确标定激光在各库德镜空间中的位置及其变化, 通过该模型提出内场分级、外场秒级的激光与经纬仪高精准对接技术, 结合某长波激光发射系统进行实验验证, 可实现激光与经纬仪2″以内高效精准对接, 从工程上验证了该技术的正确性和实用性, 为该类型激光对接提供了技术支撑。

极紫外光刻系统中的碳污染会降低多层膜反射率，在保证光学元件性能的前提下，如何选择碳清洗工艺是一项重要课题。通过对不同清洗工艺的原理分析，揭示了不同工艺对多层膜反射率的影响主要体现在膜层氧化、刻蚀及表面粗糙度劣化等方面。基于时域有限差分方法及总积分散射理论，研究了不同影响因素与多层膜反射率的关系。结果表明，膜层氧化及表面粗糙度劣化是导致多层膜反射率下降的主要因素，而刻蚀的影响相对较小。基于以上分析结果，射频氢等离子体及原子氢清洗技术，在去除光学元件表面沉积碳的同时，不会显著降低光学元件性能，可优先考虑采用。

针对大口径宽波段激光发射通道密封防护较难的问题，提出了正压净化通风密封方法。该方法利用送入内通道的干燥洁净的净化气流，排出原有空气并充满内通道，基于正压原理阻挡外界空气和微粒，实现发射通道的密封。借助计算流体力学软件Fluent对激光发射内通道的正压通风流场进行了连续相和离散相的数值模拟，发现正压通风方法形成的正压净化气流不仅可以阻挡外界空气，而且在小于4.71E^-3 kg/m³的颗粒浓度范围内，净化气流对空气中各种粒径的尘埃颗粒也起到很大阻挡作用。另外，通过分析流场的气体折射率的非均匀分布发现，对于0.8~10.6 μm波段范围的激光，正压通风引起的光程差约为0.32 μm。正压通风实验的测量结果显示，颗粒浓度与仿真曲线变化趋势基本一致，证明了正压通风方法的有效性。

提出利用镀膜合束的方法对三路光束进行合束用于高功率红外激光合束系统设计。考虑系统中关键元件使用的红外材料ZnSe易受热效应影响, 采用光机热耦合分析方法, 研究了在温度边界条件固定时, 各波段激光所产生的耦合热效应对各路激光波前畸变的影响, 同时定性分析了系统中存在的激光偏置热效应。研究结果显示, 系统中各波段的激光波前畸变均方根值(RMS)均满足设计要求(各波段波前畸变小于λ/8); 激光偏置造成的波面高频成分增大了长波激光波前畸变量, 但高频成分对系统波前畸变影响依然满足要求; 轴向温差可在35 s达到平衡, 对光束波前造成主要影响的是各块镜片的面型畸变。根据分析结果搭建了实验平台, 利用系统中短波400 W激光进行实验, 采集了该条件下的面型并与仿真结果进行了对比, 实验结果验证了该分析方法计算结果的准确性。

针对大口径宽波段高能激光发射系统使用环境复杂、激光发射间歇时间长,晶体窗口无法满足使用要求等情况,为发射系统设计了一套快门式机械窗口。该机械窗口采用聚氯乙烯(PVC)薄板作为防尘罩,利用弹簧和密封环组成半固定式滑槽,采用步进电机驱动。利用圆形薄板的大挠度变形原理,建立了防尘罩挠曲变形量与正压风载间的非线性微分方程;以中心挠度为摄动参数用摄动法求解微分方程,获得防尘罩挠曲变形量与风压载荷间的关系,并进一步求出电机的负载扭矩。由于电机的输出扭矩是一定的,为了使防尘罩抗风载能力达到最大,利用电机负载与防尘罩挠曲变形量间的解析关系式进一步优化了防尘罩的弯曲刚度。实际测试结果显示,防尘罩挠曲变形量的求解误差不超过15%;当防尘罩弯曲厚度为0.8 mm时,防尘罩可以抵御12 m/s风载作用,电机负载扭矩为0.34 Nm;开启与关闭的最短时间小于3 s,窗口运行可靠,符合设备使用要求。

针对大口径宽波段高能激光发射系统内通道的防尘除湿问题, 提出了内通道正压通风密封方法。该方法利用净化后的干燥洁净空气排出原有的空气, 并在发射端口形成正压气流阻挡外界空气向内通道扩散, 从而达到密封防护的目的。借助计算流体力学软件Fluent对发射系统内通道的正压通风流场进行了数值模拟和分析研究, 研究显示洁净气流在发射端口处产生一定的风速和压差, 从而形成了内部正压抵挡通道外空气的回流。对于10.6 μm的长波激光, 根据压力变化估计了通道内的折射率变化在10-7量级, 引起的光程差约为1 μm。最后, 通过实验验证了仿真结果。结果表明: 监测面的速度值比仿真结果稍大, 但是速度变化基本相同, 而且洁净气流在监测面保持有0.64 m/s的正压速度, 洁净空气的相对湿度从59%降至了29%, 基本达到了正压通风系统防尘除湿的密封设计要求。

为了满足光电跟踪设备车载后的使用精度要求, 提出了选用3条机械支腿来支撑载车的支撑方式。首先根据车载设备的位置布局和重量, 选用了两前一后的支腿安装方式, 然后分析了3种工况下副车架的受力情况。这3种工况为3条支腿全部位于平地、仅后腿位于斜坡和3条支腿全部位于斜坡。在三维仿真软件MSC.PATRAN中生成有限元模型, 在3点支撑状态下对模型进行变形仿真, 并综合分析了3种工况下的仿真结果, 以检验副车架的重复定位稳定精度。最后通过设计实验检验了副车架的重复定位稳定精度, 结果显示: 俯仰角的最大变化为0.2″, 方位角的最大变化为0.4″, 数据表明副车架的重复定位稳定精度满足使用要求, 证明选用3条机械支腿来支撑载车的方案合理可行。