低温镜头多用于深空低温环境下对暗弱点目标的探测, 能量集中度是评价该类镜头性能的重要指标。以采用热卸载设计的某红外低温镜头为实验目标, 设计了低温镜头能量集中度测试方案, 并对测试误差进行了分析。该方案采用星点靶标成像, 利用低温精密调焦技术实现对像点的精确采集, 通过高斯曲面拟合计算质心和两次反卷积数据处理, 实现了200 K低温下红外镜头的能量集中度测试。分析了测试系统的误差源并标定了各项误差值, 通过误差和不确定度分析得到了精确的测试结果。实验结果表明, 所述的低温镜头能量集中度测试精度优于7.5%, 具有工程应用价值。

针对天文望远镜光学系统中镜面散射对成像质量的影响, 提出了一种基于反射镜表面功率谱密度计算离轴三反成像系统像面环围能量比的方法。基于Harvey-Shack散射模型, 提出了像面光强分布与反射镜表面功率谱密度的关系, 描述了离轴三反系统中的散射在各个反射面的传播过程, 并给出了像面光强分布与反射镜表面有效均方根相对于工作波长的比值的关系。通过多手段测量获取1.5 m口径加工样件在不同空间频率频段内的表面功率谱密度, 利用k-相关模型拟合其全频段一维功率谱密度和二维功率谱密度, 加工样件的面形精度有效均方根(在1/D到1/λ范围内)为13.7 nm。对比了离轴三反系统在不同工作波长下像面环围能量比的分布, 给出在我国某大型空间天文望远镜在考虑散射情况下的加工要求, 镜面的有效均方根为10.3 nm, 其中低频误差均方根小于8 nm。

在高功率激光器中采用相位共轭谐振腔技术可以补偿动态波前像差,在校正畸变的输出光束方面有极其重要的应用。分析了相位共轭腔的模式结构特性及稳定性,在实际高功率激光器中采用相位共轭谐振腔,使得激光系统的光束质量得到了极大改善。通过实验数据分析,提出在激光器系统中描述光束质量只用PV值和RMS值来量度是不足的,并利用结合光束环围能量分布图像和平均离焦系数来评价系统光束质量。实验结果表明,采用相位共轭谐振腔使得焦平面环围能量更为集中,同时平均离焦系数更接近零,结合上述方法评价系统光束质量更具实际意义。

以大型光学系统主镜为研究对象，基于经典标量衍射理论分析了中高频误差对环围能量比(FEE)的影响。根据光学镜面面形误差近似为高斯平稳随机过程以及全频段面形误差对光强分布和FEE的影响，建立了光学镜面中高频误差梯度均方根(GRMS)与FEE之间的数学关系模型，进行了仿真分析并利用实际面形误差数据进行了验证。研究表明，FEE随着中高频误差GRMS的增加近似呈指数规律衰减，同时各频段误差将无误差时对应的光强分布边缘部分能量转移到光强分布的中心以及更宽范围，并且随着中高频误差的增大，能量转移曲线出现反复振荡。结果表明，在特定光学口径下，中高频误差GRMS值分别＜12 nm/mm以及30 nm/mm时，中高频误差对FEE的影响均＜5%，可用于控制中高频误差对FEE的影响，为中高频误差的进一步修形提供理论支持。

在传统哈特曼检验法基础上研制成功一种扫描型哈特曼检测新装置,可对最大口径为φ300 mm的聚焦镜在全口径范围内进行采样测量.该检测装置由大口径标准平行光管、扫描式哈特曼光阑、被检聚焦镜、CCD摄像机及计算机组成,在水平和垂直两个径向上开有等间距排列且相互错开半个间距的小孔,并且在步进电机的驱动下绕光轴旋转,可对被检聚焦镜进行全口径连续采样.对有效口径为φ154 mm的斐索平面干涉仪非球面准直物镜的球差及焦斑能量集中度进行了测量,进而由球差计算得到了波像差,并用干涉法对该准直物镜进行了测量.球差的理论值与测量值最大偏差为14.6%;由新装置测量并计算得到的波像差PV值与干涉法测量并计算得到的PV值偏差为11.5%;实测的80%的能量集中在φ34 μm的范围内,而计算得到的80%的能量集中在φ28 μm之内,最后对结果进行了分析并提出了进一步改进的意见.