受离面刚体位移的影响,普通二维数字图像相关(DIC)方法测得的应变结果往往精度较差。基于双45°双反射镜成像技术,提出了一种改进的二维DIC方法来提高应变测量精度。利用双反射镜成像,将试样正反面散斑图案记录到同一张图像中,对左右图像中对应点的应变取平均值,可自动消除试样离面刚体位移的影响,获得准确的全场应变。开展了两组拉伸实验来验证该方法的可行性。实验结果表明:对于均匀变形,由改进的二维DIC方法得到的双向应变与电测法的结果相吻合;对于非均匀变形,得到的结果与有限元法结果相一致。因此,本文提出的二维DIC方法具有较高的应变测量精度,是一种便捷、有效、高精度的应变测量方法。

利用晶体的双折射、双反射现象及电光效应,设计了一种具有集成结构的2×4的90°空间光学桥接器,其由一块电控双折射晶体和一块检偏双折射晶体构成。电控双折射晶体通过4次全内双反射和电光调制实现信号光与本振光的分束和耦合,通过调节电控双折射晶体的控制电压和检偏双折射晶体的双折射效应,输出了4路具有90°相移的信号光与本振光混合光束。该桥接器具有结构简单紧凑、损耗小、性能稳定等优点,适用于空间相干通信系统。

基于数字图像相关(DIC)方法的光学引伸计在应变测量领域有着广泛的应用。为了提高数字图像相关方法的测量精度, 本文采用二维DIC与三维DIC的光学引伸计、基于双45°反射镜成像的二维光学引伸计以及电测法, 对单轴拉伸试验中不锈钢试件的应变进行同时测量, 比较分析了各个光学引伸计在测量轴向与横向应变方面的优劣以及误差产生的原因。实验结果表明: 试件离面运动的存在大幅降低了普通二维光学引伸计的应变精度; 基于双45°反射镜成像的二维光学引伸计可以有效消除离面刚体位移对测量结果的影响, 其应变测量精度(尤其是横向应变精度)高于其他光学引伸计, 且测量结果与电测法的测量结果高度吻合; 三维DIC光学引伸计的横向应变精度明显不如轴向应变精度。

为实现一种具有近场聚焦、斜波束出射能力的偏馈口径天线，采用几何光学方法设计了一种赋形聚焦双反射面天线。基于光线传播的能量守恒定律、Snell定律及光径长度相等三个光学定律开展了天线主反射面赋形设计，副反射面的设计采用 Snell 定理作为约束条件。 通过理论公式和实验测试研究，实现了一种出射波束口径为 110 cm、波束出射方向与竖直方向成 20°夹角的赋形聚焦偏馈双反射面天线。在中心频率 95 GHz 下，实测相位实现近场聚焦，出射波束与垂直方向成20°夹角。

研究了旋光-双反射结构作为星载量子密钥分发终端的精跟踪系统时的反射光偏振态保持情况, 分析了反射光面(由入射光和反射光适量确定)不一致导致的反射光子偏振态变化情况, 并计算了此时可能引入的量子误码率。根据双反射结构的特点, 给出了两个反射镜法线方向与入射光、出射光矢量之间的关系, 并据此提出了旋光-双反射结构的卫星精跟踪系统控制算法。

提出了一种基于同心离轴双反射系统的成像光谱仪，该系统由四片球面反射镜与一块平面光栅组成.在分析同心离轴双反射系统的基础上，结合像差理论与光程函数概念，推导了同心离轴双反射系统的像散公式，得到其消像散条件.消像散理论表明，将消像散的同心离轴双反射系统分别应用于成像光谱仪的准直光路与聚焦光路中，可以实现成像光谱仪全光路消像散.研究了准直光路与聚焦光路共心对称的成像光谱仪结构，给出了其通用设计算法.根据初始结构计算方法，设计了工作波段在远紫外(120~180 nm)的成像光谱仪实例，给出了初始结构的点略图与像散曲线图，以验证消像散理论的正确性.结果表明，初始结构完全符合消像散理论.优化设计后的成像光谱仪光谱分辨率接近1.6 nm，调制传递函数值全视场全波段在0.37以上，具有良好的成像质量.

对高功率超宽谱双反射面天线系统进行了优化改进设计, 兼顾辐射性能、馈入反射和功率容量。采用沿能流线设计的“粗胖”实体结构代替板状TEM喇叭极板结构, 增加低频电流的回流通道, 从而改善天线馈入反射特性。将副反射面设计为尼龙箱体内、外两部分, 使其与尼龙箱体之间的连接螺钉不再突出于高压电场中, 优化后最大场强下降了约70%, 功率容量达到59 GW, 通过Taguchi优化算法对组合馈源喇叭结构进行整体优化, 天线辐射因子rE(辐射场峰值与观测点距离乘积)提高了1.2倍。优化后的天线系统进行了高功率实验, 实验结果表明: 天线系统功率容量达到30 GW, 辐射因子超过8 MV。

紫外通信中大视场光学天线具有重要的作用和意义。在目前常用的复合抛物面聚光器(CPC)的基础上引入双反射面构成了一种新型光学天线。双反射面能够有效地滤除可见光和红外光。通过对双反射面进行理论推导和光线追迹,得到双反射面能够有效增加CPC视场的结论,最后应用TracePro软件对双反射面和CPC进行建模和仿真,对探测器接收面进行视场和照度分析,为进一步的优化提供了依据。