设计了一款能实现全天候清晰成像的全景监控摄像光学系统。采用全景环带结构形式，该结构分为摄像头部单元和中继透镜单元两部分，摄像头部单元完成全视场目标搜索，中继透镜单元将头部单元所成的中间虚像进行二次成像会聚到探测器上。设计时采用多重结构优化方式，实现可见光及近红外双波段成像。该光学系统视场为360°×（40°~100°），焦距为?2.75 mm，F数为3.28。设计结果表明：系统的MTF（modulation transfer function）值在全视场处接近衍射极限，各个视场的弥散斑半径均小于所选CCD像元尺寸，畸变小于2 %，且日夜离焦量小于0.002 mm，该设计结果可满足全天候全景监控需求。

Laser ranging with frequency comb intermode beats (IMBs) has been suffering from random phase drifts (RPDs) for two decades. In this study, we reveal the influence of signal transmission path on the RPDs and propose a real-time suppression method using two IMBs of similar frequencies from different combs. As the two IMBs obtain similar RPDs during their transmission through same signal paths, the RPD of the original probing signal IMB is suppressed by deducting the RPD of the newly added local IMB in real time. In our experiments, a real-time suppression of RPDs is achieved using IMBs of 1001 and 1000 MHz. For the sampling time of 100 s, the effect of 19-fold suppression has been achieved. The proposed method provides a new solution for the long-standing phase drift problem in laser ranging with comb IMBs.

针对国内外市场对近距离、大屏幕投影系统中需降低投影镜头加工难度及成本的要求，该文设计了一款超短焦投影镜头。设计过程中选用折反式结构，利用物、像关系原理，结合物方视场计算反射镜面型参数，得出反射镜面型。该方法便于校正大视场畸变、抵消折射镜组的像散和场曲，整个光学系统包括15片球面透镜和一片非球面反射镜，系统总长286 mm，投影距离500 mm，投射画面尺寸254 cm（100 英寸），系统投射比0.22，相对照度大于85%，MTF（modulation transfer function）在0.4 lp/mm时大于0.5，水平TV畸变小于0.55%，垂直TV畸变小于0.65%。该系统的多项设计指标均优于市面上现有的产品指标，采用同轴球面设计易于加工、装调，可有效降低生产成本。

数字微镜阵列（DMD）作为空间调制元件常用于投影光学系统，入射光为长波红外时产生的衍射效应会影响进入系统的能量分布，该文主要讨论光源入射角度对衍射效应的影响，将DMD作为闪耀光栅模型，研究其在长波红外波段产生的衍射效应。从光程差的角度分析在主、副对角线分别处于“开态”情况下的衍射效应，发现衍射效应与入射角度有关；将DMD作为闪耀光栅模型，采用矢量衍射理论计算7.7 μm～9.5 μm波段下DMD处于“开态”下的衍射效率。计算结果表明：当TM偏振光以44°角照射时，1级衍射达到闪耀状态，衍射效率可达到70%。

外种子型自由电子激光具有全相干、频谱稳定、极高亮度的优点，可以实现在超小空间和超快时间尺度下对物质结构的研究。具有特殊横向相位模式的光特别是具有螺旋相位的带轨道角动量的涡旋光已经在众多科学领域有了应用，基于自由电子激光原理产生的辐射横向模式基本上为简单的高斯模式，为产生具有横向螺旋相位的相干涡旋X射线，对基于回声谐波放大型(EEHG)自由电子激光产生涡旋光方案进行了深入研究，并且根据上海软X射线自由电子激光装置(SXFEL)的参数，进行了相关方案设计和模拟研究。三维模拟结果表明，外种子型EEHG自由电子激光可以产生峰值功率可达到GW量级的相干涡旋软X射线。

为了快速得到双焦光学系统初始结构，依据近轴光学理论设计一款双焦、双视场光学系统。通过高斯光学理论及物像交换原则求解光学系统近轴光学元件的初始位置，分组将标准透镜插入到求解位置上，通过逐步增大近轴元件的焦距优化镜组及镜片间隔，使插入的透镜组焦距趋向该近轴元件焦距的理论计算值。以此类推完成每个镜组的优化设计。通过该方法设计了焦距为40/120 mm、视场为8.6°/2.9°的光学系统，所有镜片均为球面。在奈奎斯特频率100 lp/mm处，120 mm焦距时调制传递函数为0.58，接近衍射极限；40 mm焦距时调制传递函数为0.52。设计结果表明该方法适用于双视场光学系统，可快速得到光学系统初始结构，简化了设计难度。