激光干涉仪中光学元件表面划痕和灰尘等会在干涉图中形成衍射环状相干噪声，极大影响测量精度。为了消除此类相干噪声，提出了一种基于多模光纤耦合角度变化的扩展光源方法，控制平行光束经过旋转毛玻璃耦合进入多模光纤的角度，达到抑制散斑和相干噪声的效果。通过理论推导和仿真模型构建，基于纤芯直径为1 mm的多模光纤扩展光源，在直径为25.4 mm的泰曼-格林干涉仪上进行了实验验证。结果表明：通过改变入射角度可以控制扩展光源的形态，在-3°~2°的入射角度范围内，干涉仪的信噪比最大值与正入射时相比提高了40.3%，此时入射角度处于纤端光斑形态发生变化的临界角度与正入射角度中间，且该临界值与理论推导和仿真结果一致。实验证明了所提方法可以抑制干涉仪的相干噪声。

提出一种基于双自由曲面的均匀照明设计方法，根据几何光学理论和能量映射关系，设计了距高比为1的双自由曲面透镜。通过将扩展光源和透镜表面离散化，对扩展光源进行反向追迹构建新的双自由曲面。借助光学仿真软件模拟了光学性能，结果表明：在距离光源1000 mm处的目标面实现了半径为1000 mm的均匀圆形照度分布，照度均匀度达92.3%，该方法有效提升了基于扩展光源的目标面的照度均匀性，设计过程无需对自由曲面反馈优化，大大缩短设计时间，过程简易方便。

激光干涉仪中光学元件上的瑕疵、气泡和脏点等会在干涉图中引入类似“牛眼环”的相干噪声。为解决这一问题，提出一种基于多模光纤扩展光源的相干噪声抑制方法。该方法利用扩展光源抑制相干噪声，选择最优多模光纤纤芯保证良好的干涉条纹对比度，并使用复合散斑抑制技术，通过多模光纤和旋转毛玻璃减小散斑对比度，抑制多模光纤模式干涉产生的散斑噪声。在直径为300 mm的干涉仪中进行了仿真分析与实验验证，结果表明：在直径为300 mm的菲佐立式平面干涉仪，腔长为500 mm，相机曝光时间为5 ms的条件下，将该光源系统中多模光纤纤芯直径范围控制在0.52~1.70 mm范围内，可以保证干涉条纹对比度大于0.75；干涉仪最终成像的散斑对比度维持在0.04左右，最小可以达到0.044；多模光纤扩展光源进一步提高了光源的均匀性，干涉仪中成像背景更均匀。实验证明了所提方法可以有效抑制干涉图中的相干噪声。

提出了一种适用于二维面形加权叠加的方法，该方法可以针对扩展LED光源设计自由曲面对光分布进行调控。在光源面上取5个采样点作为5个点光源产生5个自由曲面，对每个自由曲面数据点分别乘以权重因子，对加权之后的自由曲面进行叠加，叠加后的自由曲面作为初始轮廓。使用粒子群算法对权重因子做进一步优化，获得最优权重因子，使用最优权重因子对5个自由曲面进行加权叠加。使用叠加之后最优的自由曲面构成的透镜对扩展LED光源进行光分布调控，模拟结果表明，使用该方法可使目标面的照度均匀度达到75%，比初始透镜在目标面产生的照度均匀度提高了15%。该方法具有优化变量少、面形连续性好、收敛速度快等优点。

针对LED扩展光源, 采用双向反馈网格法设计了自由曲面透镜。划分光源和目标面的能量网格, 通过对每一条迭代曲线建立反馈系数, 对网格点进行修正并建立新的映射关系, 设计了两个目标面中心无光照度的自由曲面透镜。将设计的自由曲面透镜用蒙特卡罗方法对不同尺寸的LED扩展光源进行了模拟仿真。结果表明, 对于尺寸在4mm×4mm以下的LED扩展光源, 所设计的自由曲面透镜在照明区域内的均匀度和光能利用率均能达到90.5％以上, 适用于道路照明等场合。

提出了一种基于曲面能量映射的反馈优化设计方法,通过预先计算目标面能量分布趋势重新分配目标面网格单元,构建新的自由曲面透镜面型。采用该方法设计并分析比较了一系列透镜,仿真发现:当目标面半径与目标面高的比值(DHR)为2、透镜高和LED宽度的比值从1∶1变化到1.5∶1时,照度非均匀性下降了8.97%~11.95%;当透镜高和LED宽度的比值为1.5∶1、DHR从1.8变化到2.2时,照度非均匀性下降了7.60%~16.49%。所提方法能有效改善扩展光源下目标面的照度均匀性,设计过程不依赖于仿真软件,迭代次数少,简便易行。

提出了一种用于扩展发光二极管(LED)光源配光的自由曲面透镜设计方法。利用加权叠加点光源透镜的母线,设计得到了自由曲面透镜,构建了反映照度均匀性的评价函数,自变量为三个权重因子。利用粒子群算法优化权重因子,使评价函数达到最小值,此时照度的均匀性最高。目标面上的均匀度从初始结构的78.93%提高到90.67%,同时光效保持在92%以上。对透镜分别进行加工误差分析和横向公差分析,结果表明,当加工误差在-1.0~1.0 μm范围内、横向位移误差在0.0~0.2 mm范围内时,目标面照度均匀度所受影响较小。

提出一种基于自然选择的粒子群算法(SelPSO)的扩展光源匀透镜设计方法。该方法通过DDE技术, 将TracePro的光线追迹功能与Matlab的信息处理功能有机结合, 建立以点光源透镜轮廓为对象的优化模型, 进而利用加入平滑度约束的SelPSO算法对模型进行全局优化。以h/d=2.5∶1的紧凑型匀光透镜为例, 结果表明: SelPSO算法与PSO算法在相同参数下进行优化, SelPSO算法具有更强且更快的全局收敛能力, 优化后透镜表面光滑易加工, 且均匀度、光效分别达到87.566%、89.536%; 对透镜安装公差进行分析后, 将横向、纵向位移误差分别控制在[0 mm,2 mm]内, 对照明效果产生的影响较小; 此方法还具有较强普适性, 可针对不同照明范围的照明系统进行优化, 且整体照明效果良好。