为克服时分复用技术中需要时钟同步和频分复用系统不够灵活的问题,提出了一种基于码分复用技术的高精度可见光定位算法。算法在异步场景下实现了码元同步和可见光定位的过程,仿真结果表明,在覆盖房间80%以上的区域时,算法的平均定位误差为6.9cm,最大定位误差为11cm,适用于绝大多数室内基于位置信息的服务。此外,分析了系统定位精度与接收机视场角及接收机离地高度的关系,在一定范围内,接收机视场角越大,系统的定位性能越差; 接收机的离地高度越大,系统的定位性能越好。

针对激光惯性约束核聚变实验中海量靶丸筛选效率低的问题, 提出一种基于改进YOLO-v5深度学习模型的靶丸快速筛选方法。方法通过控制靶丸在不同的景深处成像, 并将图像拼接在一起以获得其清晰图像; 同时引入通道注意力机制来增强模型的特征提取能力, 建立了SE-YOLOV5s深度学习靶丸表面缺陷识别模型, 并对靶丸缺陷按照缺陷种类进行了分类和评估从而实现对海量靶丸的筛选。靶丸表面缺陷检测的准确率为94.4%, 每秒可检测到约50张靶丸图像（分辨率3072×4096）, 为激光惯性约束核聚变试验提供一种快速、准确筛选海量靶丸的方法。

数字PCR（dPCR）技术作为传统PCR技术的更新迭代, 有着绝对定量的特点, 在新冠病毒核酸序列检测、癌细胞探测等生物学领域有着巨大的潜力。现有的dPCR荧光检测系统在检测通量、检测速度以及成本之间难以做出合理的权衡。由于成像视野小、需多次图像拼接极大影响了dPCR荧光检测系统效率和时间。文章构建了一套采用大视场荧光显微设计的多通道dPCR检测系统实验平台, 依托该实验平台, 运用Zemax软件优化结构, 改进显微成像物镜设计, 能够实现直径18mm的全视场范围FAM、HEX、ROX三种荧光通道分辨率在6μm的多通道成像。采用随机霍夫变换算法(RHT)图像处理分析方法, 对常规均匀“圆孔”和新型“雪花”、“树枝”等非均匀结构的微流控荧光芯片, 均能实现高效检测, 得到清晰、稳定的荧光图像。

设计完成了一款具有特定结构的光阑, 光阑孔径深度设计为15mm, 光阑孔径张角设计为左右张角各为10°, 上方张角设计为6.5°, 下方张角设计为3°, 光阑安装在一级反射镜后, 光阑中心线与对应主光线重合, 同时采用双光电传感器与多温度传感器作为信号探测器接收信号幅值。通过特定孔径深度、张角等结构设计的光阑使得边界内、外幅值区分明显且幅值成正态分布, 结合传感器的使用将光照强度及像源面温度以数值显示, 便于检测标定。这检测设计光阑体积小、检测效果明显、成本低, 通过光阑与传感器的逻辑配合使用, 可以用于车载抬头显示器阳光倒灌的检测, 对车载抬头显示器行业起到一定借鉴作用。

光片荧光显微镜具有光毒性低和3D成像容易等特点, 逐渐成为生物医学领域的关键设备。运用ZEMAX设计了一款光片荧光大数值孔径显微镜物镜, 该物镜具有针对常用荧光波长(460nm/509nm/590nm/620nm)成像优化﹑引入光阑结构来使物镜景深可调等特点, 从而能提高对光片厚度的适应性, 减少杂散光干扰, 增加系统信噪比。系统末端设计了微透镜阵列, 参考CMOS传感器像素尺寸调节, 提高了系统能量利用率。物镜总长小于45mm, 数值孔径为0.7, 放大倍率为40x, 工作距离为0.4mm, 性能指标均满足国家标准。

将自由曲面离轴反射系统的曲面加工在同一个基底上实现了多面共体制造，可以有效降低装调难度，进而提升系统的稳定性。提出了一种有柱形轮廓的多面共体自由曲面离轴三反成像系统的设计方法，基于共焦离轴二次曲面实时生成满足离轴共体系统结构和初阶参数要求的初始结构。提出了一种基于曲面采样点位置约束的自由曲面优化方法来控制系统整体外轮廓的形状与大小，使系统的曲面易于实现共体加工。基于光线追迹信息控制系统的焦距，并抑制光线遮拦和光瞳像差。采用Q2D多项式自由曲面进行系统优化，降低曲面检测难度。最终设计了一款高像质、低畸变、易于共体加工的自由曲面离轴三反热成像系统，并根据自由曲面面形特点对该系统进行了公差分析。

针对光学材料、光学元件的快速、高精度应力测试评估需求，提出了一种基于双弹光级联差频调制的应力双折射测量方案。应力双折射延迟量和快轴方位角信息被加载到差频弹光调制信号中，运用数字锁相技术同时提取弹光调制的差频信号和基频信号，进一步求解出应力双折射延迟量和快轴方位角。对该新方案的原理进行了分析，并搭建了实验系统，对系统初始偏移值进行了实验定标。采用Soleil-Babinet补偿器完成了测量精度和重复性测试，并完成了施加应力样品的应力双折射测试。实验结果表明，该系统的延迟量测量精度为2.3%，延迟量测量重复性为0.032 nm，双折射测量重复性为0.17 nm/cm。此外，单数据点测量时间不超过200 ms。

单镜头天幕靶配接线阵光源构成等腰三角形探测光幕, 常用作室内靶道速度测量装置, 探测灵敏度直接影响天幕靶测速精度。分析了该类探测光幕的构建及工作原理, 考虑天幕靶光学镜头的边缘效应及照度距离衰减, 建立了灵敏度计算模型, 推导了弹丸穿过光幕时刻遮挡光源引起光通量变化量的计算公式, 以弹丸穿过光轴上某处产生的光通量变化量为参考值进行归一化处理, 得到探测光幕内灵敏度分布规律并进行实弹射击试验验证, 文中的结论可用于指导天幕靶配接线阵光源测速系统的使用和设计。

为解决棱镜分光式光谱成像系统存在的直视性差、分光线性度低、固有谱线弯曲较大的问题, 提出了基于双阿米西棱镜的光谱成像系统。通过矢量折射定律, 运用MATLAB编程实现棱镜谱线弯曲的精确计算, 并进行了仿真验证。在研究双阿米西棱镜谱线弯曲特性的基础上, 搭建直视型消谱线弯曲双阿米西棱镜作为分光元件, 设计得到的光谱成像系统工作波段为400~800nm, 全波段光谱分辨率高于7nm。在中心波长600nm处, 中心视场主光线经双阿米西棱镜后的出射光线与光轴夹角小于0.31 °, 全波段谱线弯曲最大值小于2.557μm。系统满足直视性和消谱线弯曲的要求, 方法对消谱线弯曲棱镜光谱成像系统的设计具有普适性的指导意义。