因瓦合金以其独特的因瓦效应被应用于航天用精密光学镜筒制造中。对因瓦合金镜筒激光选区增材制造工艺及其结构设计进行了探究与优化，结果表明：增加激光扫描间距同时适当降低扫描速度可以有效减少匙孔与未熔合等缺陷，得到了显微组织均匀分布且无明显缺陷的样件，其抗拉强度为482 MPa，屈服强度为388 MPa，最终获得了高质量的镜筒结构件。将镜筒结构拓扑优化为斜拉筋式结构并进行去应力热处理后，其内部残余应力仅为屈服应力的13%，且热膨胀系数仅为1.9×10^-6 K^-1。

提出了一种拉伸-扭转耦合变形的新型力学超结构，该结构可在轴向拉伸的同时显著提升其截面扭转能力。针对这种简单构型的力学超材料胞元结构进行了建模，并通过胞元堆叠的方式设计了具有拉伸-扭转耦合变形能力的宏观梁结构。通过有限元分析方法研究了胞元的拉伸刚度和拉伸-剪切变形耦合特性，验证了宏观梁结构的变形性能并分析了相关参数，采用激光选区烧结（SLS）技术制备样品进行了实验验证。结果显示：四胞元悬臂梁的扭转角明显大于双胞元悬臂梁，在46.69 N拉力作用下，它们分别产生了0.667°和0.479°的扭转角，与有限元分析结果具有较好的一致性。此外，相比于双胞元悬臂梁，四胞元组合堆叠悬臂梁在质量上仅增加了2.77%，但耦合系数却增大了42.97%，这表明四胞元堆叠悬臂梁具有更优的拉伸-扭转耦合特性。宏观梁结构中的扭转变形近似成线性累积，可通过增加胞元组合的堆叠次数增大其扭转角。

γ′相强化镍基高温合金以其良好的高温组织与性能稳定性被广泛应用于航空航天、石油化工、汽车能源等领域，激光增材制造可满足现代工程领域对零部件内部结构优化与自身轻量化的要求，成为镍基高温合金复杂结构零部件制造与修复的新兴技术。然而，传统牌号的高强镍基高温合金的成分及强化机制与激光增材制造快速非平衡凝固及固态相变过程不适配，较宽的凝固温度区间和失衡的高温强韧性易引起微裂纹缺陷，难以保证合金的组织完整性和力学性能，严重制约了激光增材制造技术在高性能高温合金中的应用推广。基于此，本文综述了激光增材制造γ'相强化镍基高温合金裂纹的形成原因和影响因素，根据开裂机理从成分修正、成形工艺参数优化、后处理制度调控等方面总结了裂纹控制相关研究进展，探讨了当前能从根源上抑制裂纹的专用合金成分开发策略，并对激光增材制造γ'相强化镍基高温合金的未来发展方向进行了展望。

为研究兆瓦级高效紧凑型核动力系统的运行特性，使用自主开发的热管堆瞬态分析程序TAPIRS（Transient Analysis code for heat Pipe and AMTEC power conversion space Reactor power System）和超临界二氧化碳布雷顿循环的瞬态分析程序SCTRAN/CO₂（Super Critical reactors Transient Analysis code/Carbon Dioxide）的耦合程序对其反应性、负荷、冷却水温度和流量等扰动进行了开环动态响应分析，并据此进行了控制系统设计。在此基础上，对线性变负荷、阶梯式变负荷以及甩负荷这三种变负荷运行工况进行了计算分析。结果表明：该核动力系统的转速对扰动的变化较为敏感，需要加以控制；低负荷下旁通会使压缩机流量上升，需对压缩机流量加以控制；系统在控制方案下能以6% FP（Full Power）·min^-1的速度实现0%?100%的负荷变动，且可以在任意负荷水平下运行；甩负荷下系统的波动时间变长，但是仍可达到新的稳态进行工作，且各参数处于安全范围内。本研究可为新型核动力系统的概念设计提供参考。

设计了一种基于离轴反射式光学结构、投影距离可以改变的增强现实型平视显示（AR-HUD）系统，以降低驾驶员的视觉疲劳。其中，眼盒的大小为130 mm×50 mm，虚像投影距离为3~10 m，可以通过改变图像生成单元（PGU）到一级镜的距离和像源尺寸的方式实现投影距离连续可调。通过随机取样的方式，在投影距离变化范围内随机选取一个投影距离对系统进行像质分析，证明投影距离连续可变。视场角（FOV）在投影距离的可调范围内恒为15°×5°，畸变小于5%，动态畸变小于5′，MTF在5 lp/mm处优于0.5。结果表明，当车辆与前方物体距离较近时，AR-HUD系统可以根据需要改变虚像的投影距离，且能保证像质始终符合规格。

基于非近轴光线追迹算法对光楔扫描系统的正向问题进行求解，得到不同速度比下的花瓣形扫描轨迹。根据光楔转速和取样间隔计算轨迹点数，根据轨迹点与坐标原点的距离曲线的极小值点个数计算花瓣数，进而建立由速度比计算花瓣数的关系式。通过轨迹点数和花瓣数评估不同速度比对应的扫描轨迹的扫描时间和覆盖率，总结扫描轨迹与速度比之间的规律，提出三光楔扫描系统获取规则、对称且不存在大片扫描盲区的扫描轨迹时速度比需要满足的条件。所得规律和结论可在光楔扫描系统的应用中合理确定速度比，从而选取满足扫描效率要求的扫描轨迹。

光学自由曲面具备较高的设计自由度与像差校正能力；全息光学元件具备特有的波前调控特性、选择性、复用性、轻薄性与易加工性。在成像与显示光学系统设计中，将自由曲面与全息光学元件相融合，可以获得较为优秀的系统指标和系统性能，使系统形态更加紧凑、轻便，且得到离轴非对称的新型系统结构。简要介绍了自由曲面光学与全息光学元件的基本原理、光线追迹特性、应用领域等，阐述了自由曲面光学与全息光学元件的融合设计方法，基于对全息光学元件的分类，总结了融合自由曲面光学与全息光学元件的成像与显示光学系统的设计与应用，讨论了两类元件融合设计的限制因素并对未来的发展趋势进行了展望。

为满足车载激光雷达接收光学系统在复杂环境实际应用中的温度适应性要求，本文基于一种将长焦镜头与线阵探测器相结合，通过局部图像级成像显著提高激光雷达系统探测分辨率的方案，设计了一款轻小型无热化的四片式全玻璃长焦镜头，研究了其在不同温度下的像面漂移。分析结果表明，所设计的长焦镜头在整个-40~100 ℃的温度范围内焦移量为0.021 mm，小于焦深0.074 mm，在30 lp/mm处各视场调制传递函数（MTF）均大于0.5，全视场内光斑半径在7 μm以下，水平及垂直角分辨率为0.045°（H）×0.045°（V）。此长焦接收光学系统结构简单、成像质量高、环境适应性强，在车载激光雷达领域具有良好的应用前景。