空气动力学实验是进行气动机理研究、新型气动布局验证等空气动力学研究必不可少的重要环节。粒子图像测速技术(Particle ImageVelocimetry,PIV)是一种进行气动流场流速测量的通用技术,具有非接触、全场定量测量的特点。层析粒子图像测速技术(TomographicPIV,Tomo-PIV)将CT技术与粒子图像测速技术相结合,能实现三维空间三维速度的矢量的测量,是空气动力学实验技术研究的热点。对于Tomo-PIV技术而言,进行三维空间立体照明的设计是关系到待测流场的重建区域、示踪粒子的选用、激光器输出功率和装置成本的关键步骤之一。本文的主要目标是进行了在提高激光能量利用率的前提下均匀照亮一个横截面为矩形的立体区域的光路设计,研究工作包含以下几个部分:根据Mie散射理论对示踪粒子的散射光强进行分析。分别从入射光波长、粒子的半径、粒子的相对折射率以及入射光波的方向角等方面对实验使用的示踪粒子的散射光强进行数值模拟和讨论。设计分析了基于鲍威尔棱镜扩束的片光光路。研究了基于棱镜的扩束特性,并结合布儒斯特定律分析了多棱镜组合的立体照明方案。设计实现了采用鲍威尔棱镜和6个直角棱镜组合的立体照明光路,得到横截面为矩形的立体照明区域,矩形的大小为25mmx12mm。在前面研究的基础之上,设计了基于反射镜的多光程扩束光路,对立体光源进一步扩束。给出反射镜系统中入射光宽度d,总扩束宽度W和能量增益系数G等参数之间的关系,并且对反射镜系统空间中每点经过的光束次数进行分析讨论。经过反射镜系统扩束后的立体光源的横截面大小为25mmx60mm。本文的研究对Tomo-PIV立体照明光路的设计提供理论基础和技术参考。