为了降低或消除激光诱导击穿光谱（LIBS）检测过程中激光能量、背景辐射、噪声信号对特征光谱信息的影响，以镉靶材为对象，构建偏振分辨激光诱导击穿光谱（PRLIBS）系统，探索提高重金属污染物LIBS分析能力的方法。结合光波在多层媒介传播过程中的菲涅耳方程，分析入射光波长对光强透射比的作用机理，构建正入射方向上的等离子体辐射强度分光透射比模型。利用该模型获得了相同条件下的LIBS、PRLIBS光谱数据，比较了镉元素特征谱线强度的相对标准偏差（RSD），并分析了不同延迟时间下特征谱线强度的变化趋势。结果表明：在低能量密度情况下，PRLIBS具有明显的测量优势，可以采集到更多的特征峰信号，并且PRLIBS光谱特征谱线强度的RSD值小于相同检测参数下LIBS光谱特征谱线强度的RSD值，说明分光透射比模型能够有效提高等离子体光谱的稳定性；LIBS与PRLIBS的谱线强度随延迟时间的变化趋势一致，说明PRLIBS并不影响原有LIBS的延迟时间；随着脉冲能量增大，分光透射比模型可以有效降低基线漂移和背景辐射，增强光谱的分辨能力；分光透射比模型不仅保留了连续谱中的有效信息，还提高了谱线识别的稳定性，对于提高低激光能量诱导条件下LIBS特征谱线识别能力具有重要的参考意义。

针对目前商用光谱仪无法在极微弱光测量环境下实现光谱探测的问题, 提出一种基于单光子探测器阵列的光谱测量系统, 利用单光子探测器在极微弱光环境下的探测能力, 将虚像相位阵列(VIPA)和反射式衍射光栅构成的二维色散结构与单光子探测器阵列相结合, 并通过实验测试得出系统的二维分光效果、相对光谱透射比曲线以及单光子探测性能。实验结果表明: 该系统不仅灵敏度高, 还实现了0.006 nm的波长分辨率；与目前普遍采用的基于时间相关单光子计数的光谱测量系统相比, 该系统具有更优的波长分辨率和更大的测量带宽。

为了进一步提高超分辨卫星载荷光学系统的空间分辨能力, 需对系统杂散光进行抑制, 以得到准确的原始图像.通过光线追迹方式, 分析了系统杂散光, 确认了杂散光的来源.通过Tracepro定量化分析和结构有限元分析, 在限制范围内, 不断优化、改进遮光罩尺寸及挡光环位置, 得到光学系统视场外点源透射比均在10-3以下, 验证了该杂散光抑制方案的有效性, 为卡塞格林光学系统的工程应用提供参考.

在高精度的点源透射比测试中, 测试环境中背景杂散光的影响不可忽视。为了提高点源透射比的测试精度, 研制了一种可有效抑制背景杂散光的高性能光陷阱系统。依据点源透射比测试理论和光辐射能量传输理论, 给出了光陷阱主要设计参数与点源透射比测试误差的定量数学关系; 提出了背景杂散光各级散射路径全面可控的光陷阱设计思路, 大大增加了背景杂散光到达成像视场前的散射次数; 通过多种光陷阱模型的仿真比对实验, 验证设计思路和模型的优越性。实验结果显示: Φ20 m的光陷阱系统可使口径Φ2 m、外形尺寸约2.8 m×3.5 m×11 m的光学系统的点源透射比测试误差达到1.49×10-10, 较相同实验室空间下未使用光陷阱的测试系统降低了约4个数量级, 较相同实验空间下国外现有光陷阱方案降低了两个数量级, 可用于大型太空望远镜的高精度点源透射比测试。

为了进一步提高点源透射比测试准确度, 明确点源透射比测试环境需求, 提出了一种定量分析空气洁净度对点源透射比测试准确度影响的方法.该方法以Mie散射理论为基础, 采用蒙特卡洛模拟方法, 对空气中尘埃的尺寸和数量进行随机模拟, 得到不同空气洁净度等级下空气中尘埃对点源透射比测试准确度的影响.以直径为800 mm、点源透射比设计值为10－9量级的某太空望远镜为例进行定量分析, 结果表明: 为了满足该空间光学系统的点源透射比测试需求, 空气洁净度等级应优于ISO class 6, 此时空气中尘埃引起的点源透射比测试误差约为10－10量级;ISO class每升高一级, 测试误差约增大10倍.

：杂散光分析是提高信噪比，保证测量精度的关键手段之一。依据星载大气主要温室气体监测仪光学系统结构及其工作特点，设计了仪器的外遮光罩和前置望远系统的遮光筒。建立仪器的三维实体模型，利用Tracepro软件对仪器氧气通道(758~768 nm)的杂散光进行了分析，给出系统杂散光点源透射比(PST,Point Source Transmittance)曲线， PST在30°离轴角小于5×10-7。依据PST拟合曲线，通过积分计算得到杂散光系数小于4%。结果表明：杂散光抑制措施效果明显，杂散光水平达到了设计指标要求。

为了了解有色冰洲石晶体经热处理退色后光学性能的变化，实验探索了黄色及紫色晶体的退色条件。采取同一块有色晶体分为两个部分，再将退色与未退色的两部分一起抛光制作样品，设计实验对样品的透射比、消光比和主折射率进行了测试。结果表明：黄色与紫色冰洲石晶体的退色温度分别为405 ℃和485 ℃(恒温4 h)。退色后，晶体的消光比与主折射率没有变化，深黄色、轻黄色和紫色冰洲石晶体的透射光谱向紫外都有较大的拓展，尤其是深黄色晶体，不但透射范围向紫外延伸了约130 nm，而且400~600 nm 波段内透射比有了较大的提高。由此可见，退色后有色冰洲石晶体达到了光学级晶体的光学性能。将有色冰洲石晶体进行退色利用，对于有效利用冰洲石晶体天然资源具有重要意义。

随空间入射角的连续变化,格兰-付科棱镜的光强透射比曲线会产生较大的波动.为了抑制这种波动,利用偏振光实验系统对格兰-付科棱镜的光强透射比进行了实验,并在假设棱镜空气隙间存在多光束干涉的条件下,对棱镜的光强透射比实验的过程进行了数值模拟.模拟结果和实验结果吻合的非常好.首次相对定量地给出了格兰-付科棱镜的光强透射比曲线随入射角变化而波动的根本原因.并提出了两种抑制格兰-付科棱镜光强透射比曲线波动的方法.结果表明,产生波动的原因是由于棱镜在充当检偏器的过程中,随着步进电机的转动,光束在空气隙上的入射角不断变化,引起空气隙间干涉光束光程差的变化,进而影响多光束干涉加强或减弱而产生的.曲线上的波动较大的原因来自于格兰-付科棱镜的透射光束在切割面上是入射面的s分量,其光强反射比较大的缘故.这一结果对研究具有光强透射比曲线波动抑制功能的格兰-付科棱镜是有帮助的.

为了分析胶合剂折射率对Glan-Thompson棱镜性能的影响, 采用理论分析的方法, 得出棱镜视场角以及光正入射和斜入射时棱镜的透射比与胶合剂折射率的关系式。在此基础上, 针对几种确定长度孔径比的Glan-Thompson棱镜, 利用计算机拟合, 取得棱镜视场角及透射比随胶合剂折射率变化的关系曲线, 并进行了实验验证。结果表明, 对于不同长度孔径比的棱镜, 最大视场角不同, 且对应不同的胶合剂折射率值;胶合剂折射率等于e光的主折射率时, 棱镜有最大透射比;由于棱镜的长度孔径比、最大视场角、透射比以及胶合剂折射率之间有相互制约的关系, 采用长度孔径比为2.5的棱镜设计和折射率为1.45～1.46的胶合剂是一种较佳的方案。这一结果对优化Glan-Thompson棱镜的视场角和透射比是有帮助的。