探索地球2.0是天文学的研究热点，然而探测地球2.0候选天体特征以确认是否宜居，需要采用空间大口径望远镜。为了突破反射镜加工能力与火箭整流罩尺寸的限制，采用了子镜拼接技术与在轨展开技术以设计大口径反射镜。针对16 m口径的反射镜，提出了基于伸缩杆式双摇杆展开机构与电机直驱式铰链展开机构的展开系统，使折叠后的反射镜径向包络占其口径的49.9%，轴向高度占其口径的73.2%。为了增加反射镜在发射工况与在轨运行工况的刚度，提出了不同工况下的锁紧位置与策略，并实现了16.3 Hz的发射刚度以及11.5 Hz的在轨运行刚度。为了满足反射镜一级精度控制的需求，提出了展开系统精度分析方法。在展开机构的运动平面上，通过识别误差源、采用蒙特卡洛法和非支配排序法仿真分析发现，在采用公差等级为IT 7级的设计精度与每脉冲转动0.005°的减速器旋转精度的前提下，展开系统可实现135 μrad与457 μm以内的位置精度。在缩比的展开系统试验平台上对展开系统进行试验验证，结果表明，试验平台可实现需求的折叠-展开功能，折叠后系统包络与理论值接近，且实测位置误差与仿真结果相符。

基于超表面的激光雷达系统是当前的热门研究领域。现有的红外雷达波段超表面通常采用高折射率的TiO2作为天线材料，这限制了超表面在CMOS兼容芯片上的集成。针对这一问题，研究采用低折射率材料Si3N4设计超表面的方法，采用熔融石英作为衬底、方形纳米柱作为纳米天线并保证了天线的低纵横比。使用有限差分时域仿真软件分析相同口径下不同焦距的超表面，并对比了它们的聚焦效率、传输效率和聚焦光斑大小随F数的变化，超透镜的聚焦光斑大小接近衍射极限，最大聚焦效率达到了80%。提出的设计方案适用于任意空间相位曲线的设计，有利于超表面与CMOS制造技术的兼容，对于实现超紧凑的芯片级激光雷达传感器具有参考意义。

随着人工智能（AI）的快速发展，其高能耗、低解释性和灵活性不足等问题日益凸显。生物神经网络（Biological Neural Networks, BNN）因其基于真实生物神经元的动态可塑性和自适应性，成为突破AI瓶颈的重要研究方向。离体培养的BNN通过精确的培养技术和先进的调控手段，为理解生物大脑的信息处理机制以及开发新型智能系统提供了实验平台。文中系统地综述了离体BNN的培养方法及功能优化技术，包括二维和三维培养方式，以及模块化网络构建与连接调控方法。详细探讨了电学刺激、光学刺激和化学刺激等信号输入技术，以及细胞内外动作电位记录、钙荧光成像等信号输出技术。此外，还分析了BNN在静态任务（如语音识别）和实时交互任务（如神经机器人控制）中的应用实例，展示了其在动态学习、复杂模式识别和实时任务适应中的潜力。最后，总结了当前基于BNN的生物智能计算研究的主要挑战，提出了未来研究的方向，希望为未来生物智能计算的研究与发展提供一定启示。

小尺寸空间碎片地基监测难、对航天任务威胁大，开展小尺寸空间碎片天基监测成为趋势，研究空间碎片在天基光学载荷中的光度特性具有重要意义。文中建立空间碎片天基观测成像模型，通过计算太阳、观测卫星、碎片各表面法向量在碎片本体系中的指向，计算碎片的有效反射面积，基于Davies散射模型计算观测卫星处总辐照度，从而得到碎片视星等，通过定义碎片姿态序列，得到空间碎片视星等曲线。设计了三种卫星与碎片的空间交会观测场景，完成了平板、正方体、八面体、非对称复杂碎片的光度特性仿真。结果表明，平板碎片由于其近似二维特性，不自旋时存在不可观测的可能性，在自旋时会出现亮暗交替的现象，块状碎片在其各姿态下均能观测到，在自旋时会出现亮度闪烁的现象。中心对称构型碎片自旋时亮度表现为在静止视星等曲线上叠加单个正弦波，非对称复杂碎片自旋时视星等表现为多个正弦波的叠加。观测相位角越小，中心对称构型碎片自旋的视星等波动幅值越小。研究表明天基观测时自旋碎片光度特性是碎片形状、自旋速率和观测相位角综合作用的结果。

近年来，基于激光通信的无人机蜂群网络因其高带宽、低时延和强抗干扰能力而受到广泛关注。然而，受限于无人机平台的载荷能力，亟需一种结构简单、轻量化且具备一对多通信能力的组网方案。为此，提出了一种适用于单载荷配置下的蜂群网络架构，通过引入网络分簇机制，将大规模无人机蜂群划分为多个相互独立的微蜂群子网络。每个微蜂群内部节点协同工作，整体对外表现为单一逻辑节点，从而实现微蜂群之间的高效一对多激光通信；同时，微蜂群内部采用环形拓扑结构，以提升其内部通信效率与响应速度。在此基础上，深入分析了微蜂群网络结构中的激光束散角与接收视场之间的几何约束关系，推导了在节点位置不确定条件下的可建链概率数学表达式。进一步地，借助图论方法对微蜂群内部通信拓扑的连通时延进行了建模与分析，并对比研究了收发偏轴与收发同轴两种光学天线配置方式对网络性能的影响。仿真结果表明，在收发偏轴结构下，当微蜂群节点数量为偶数时，网络表现出更优的鲁棒性，能够在部分节点失效的情况下仍维持整体连通性；而在收发同轴结构中，奇数节点配置则具有更低的平均连通时延，同时在节点异常情况下亦能保持较高的网络稳定性。因此，针对不同任务需求及节点规模，合理选择收发天线结构可有效优化蜂群激光通信网络的整体性能。

针对热防护材料多孔结构和隔热特性导致非均匀加热下局部升温较快，横向热扩散效应显著的问题，文中基于光流法提出一种具有横向热流抑制（Transverse Heat Flow Suppression，THFS）的红外脉冲热波光流成像法。首先，通过光流法推导得到沿X方向和Y方向的热流矢量方程，并通过逆热扩散得到THFS图像序列方程。然后，通过COMSOL仿真建立不均匀线性脉冲热流激励三维热波模型，初步验证快速傅里叶变换结合THFS具有较好的归一化幅值/相位。在试验中，制备了16个不同直径与深度平底孔的热防护材料试件进行验证，并通过局部阈值分割方法量化缺陷位置及大小。试验结果表明，红外脉冲热波光流成像能够对最小径深比为5，最小直径 6 mm的缺陷开展检测，最大误差为5.17%，较传统方法误差降低7.5%，信噪比最大提升17.98%，证明该方法能够有效抑制热防护材料非均匀加热下横向热扩散显著的问题。

由单晶硅制成的光学透镜或反射镜广泛应用于红外光学领域，并随着现代技术的发展对其表面质量提出了更高的要求。针对一种大口径超薄单晶硅红外窗口的透射面形加工，解决了检测中的寄生条纹影响，提出了基于多工序组合的控形控性抛光工艺。机械臂CCOS工序方面，提出保形高效收敛工艺，大幅提升粗抛阶段的加工效率，同时可以有效评估和控制总去除量，并对各项工艺参数进行了试验与优化。磁流变精修工序方面，设计了针对非标准外形镜面的边缘延拓算法，有效抑制了边缘效应。并基于数据驱动，包括功率谱密度函数PSD曲线、表面粗糙度、面形误差RMS值等，将指标的实现合理地分配到全工艺流程中，采用机械臂CCOS和磁流变多工序组合迭代，提升面形精度并控制了表面质量。采用上述工艺成功完成了单晶硅红外窗口的控形控性加工，最终透射面形精度达到RMS0.019λ@3.8 μm，表面粗糙度Ra小于0.5 nm，光洁度优于国标II级，平均厚度为5.001 mm，任意两点间的厚度差小于5 μm。整个加工周期为15天，效率较传统工艺显著提高，并可实现批量化生产。

中红外波段作为分子指纹区和大气窗口区，被认为是光谱学研究领域中最有发展潜力的波段之一。作为一种高灵敏、低噪声、高分辨的光谱探测方法，中红外光谱进一步拓宽了光频梳的实际应用领域，为温室气体检测及痕量气体分析提供了更多的可靠手段。文中以单腔双波长光纤激光器作为近红外光源，结合超连续谱产生技术，实现了集成中红外光源。两路重频差可调谐的脉冲序列由锁模光纤激光器输出, 其中心波长分别为1560 nm和1561 nm，重频均约为29.79 MHz。利用全保偏光纤结构，使锁模激光器在外部环境中具有较强的抗干扰能力，采用锁相环装置精确锁定双光梳重频差，将重频差在2 h内的抖动范围由Hz量级降低至mHz量级，显著提升了双光梳相对频率稳定性。经双向泵浦掺铒光纤放大器放大，峰值功率均大于15 kW的两路飞秒脉冲泵浦同一氮化硅波导，将系统的输出波段由近红外延展至中红外。通过共享波导，减少了中红外系统组件数量，大大提高系统集成度，为中红外光源集成化提供更多思路。两路光梳产生的宽带中红外光谱均覆盖重要的3.2~3.6 µm波段，适用于碳氢化合物分子的检测。文中发展的集成中红外系统兼具高集成度、高相干性及宽带宽等优势，能够为后续的中红外双光梳光谱应用提供高性能光源。