针对小型化反射式光学系统的设计要求, 采用新型的离轴三反光路形式和自由曲面, 实现了F#为1.8, 对角线视场角7.5°的紧凑型自由曲面离轴三反系统, 光线在系统内多次重叠, 系统波像差全视场平均值为0.017λ(λ=10 μm)。相比非球面离轴三反系统, 该系统具有体积小、透过率高、大视场、无中心遮拦、多波段成像等优点。

为了提高液晶自适应光学系统的校正精度, 提出一种基于湍流模型的响应矩阵测量方法。该方法施加到液晶波前校正器上的波面是用来拟合待测像差的Karhunen-Loeve模式的线性组合, 其模式系数分布服从Kolmogorov大气湍流模型。相比于传统的单模式和多模式响应矩阵测量方法, 该方法具有更强的抗噪声干扰能力, 能够显著提高响应矩阵测量精度。在信噪比为10的情况下, 当重复率分别为1、5和10时, 采用传统单模式法和多模式法获得的响应矩阵进行自适应校正后的斯特列耳比分别为0.06、0.02、0.49和0.23、0.40、0.67, 而采用该方法可以达到0.34、0.56、0.68。

为了充分发挥器件的性能, 采用凝视探测器件的搜索跟踪系统需要特殊的光学结构补偿搜索跟踪时产生的扫描效应。给出了物方和像方扫描补偿光路的形式和构成, 分析了平行和会聚光路两种不同补偿结构的特点, 论述了扫描补偿引入的光学问题以及相应解决途径, 提出了扫描补偿引入的最大光学原理性误差小于1/3～1/4像素的观点。

提出了线性双组联动型连续变焦光学系统的一种结构形式。该结构形式是对普通双组联动机械补偿式连续变焦光学系统的简化, 其变焦组和补偿组全部采用线性运动, 减去了控制变焦组曲线运动规律的变焦凸轮机构。在像面位移补偿过程中虽然会存在小量像面位移, 但只要像面位移量控制在允许范围内不影响系统成像质量, 给出了线性双组联动系统的具体设计原理和方法。

设计了波段300 nm~500 nm，放大倍率为10×，NA=0.3的近紫外-可见光显微物镜，用于观测激光照射核聚变的成像过程。该系统采用透射式结构，通过P、W设计方法和CODE-V软件的优化，实现了系统的复消色差，较好地解决了紫外光学材料种类少、折射率低带来的像差校正困难和光学系统效率不高的问题。

介绍一个紫外-可见宽光谱显微物镜的设计过程。通过改进的PW法求解初始结构参数，确定采用两个分离的正负透镜组组成透射式光学系统，根据光学材料的色散特性，选取正透镜材料为CaF2，负透镜材料为熔石英，通过建立复消色差方程组来分配双分离透镜的光焦度，合理地对两组透镜的偏角进行分配。运用CODE-V光学设计软件对系统进行优化，使系统的位置色差和二级光谱同时得到校正，实现了复消色差。仿真结果表明：系统在整个视场范围内，点列图弥散圆RMS半径值小于5 ，最大视场处的像散为0.058，畸变为0.04 %。