照明系统是增强现实光学系统的重要组成部分，其体积、照度均匀性、能量利用率直接影响增强现实照明系统的质量，因此在照明系统中对光源二次配光非常重要。针对增强现实系统的自由曲面透镜形式和照明系统开展研究，重点分析准直系统集光角度与体积的对应关系，在对光源准直系统的面型构建详细分析基础上，对中心透射边缘反射的折反射式准直系统的面型进行求解，结合偏微分方程法和划分网格法，设计了自由曲面透镜，该系统与偏振分光棱镜共同组成硅基液晶（liquid crystal on silicon，LCoS）照明系统。仿真分析结果表明：系统照度均匀性达到91.96%，若不计偏振影响，照明系统光学效率达到66.6%。该系统具有结构简单紧凑、体积小、质量轻、照度均匀性高等特点，满足增强现实眼镜的需求。

针对用于地球静止轨道卫星的遥感面阵快照式成像光谱仪传输数据量过大引起的数据传输困难、信号采集处理时间长的问题，利用地球静止轨道平台可以长期驻留固定区域上空的特点，提出采用压缩感知的大口径宽谱段快照式光谱仪方案，对其光学系统结构进行设计，并对相关参数进行了计算。物镜采用同轴三反式无焦系统，用分色片对系统分光，经过对各系统进行优化处理，最终获得了幅宽为400 km×400 km，可见光地面像元分辨率为50 m、中波红外地面像元分辨率为400 m、长波红外地面像元分辨率为625 m的光学系统。该设计中，可见光路在78.125 lp/mm的MTF高于0.455，中波红外的光谱分辨率为光路在33.3 lp/mm处的MTF高于0.518，长波红外光路在20.8 lp/mm处的MTF高于0.498；可见光光谱分辨率为20 nm、中波红外的光谱分辨率为50 nm、长波红外的光谱分辨率为150 nm；可见光路二级光谱小于0.05 mm，设计结果具有良好的成像质量，各部分光学系统成像质量接近衍射极限，设计结果满足应用和指标需求。

近些年，超透镜受到了广泛关注。文中提出了一种基于金材料的近红外波段偏振无关型反射超透镜，该超透镜采用MgF2材料作为电介质层，利用FDTD软件实现仿真设计。仿真结果表明：超透镜在不同偏振光入射的情况下具有相同的聚焦效果，入射波长在700~850 nm 的范围内，具有较好的聚焦效果。入射波长在750 ~800 nm范围内单焦点聚焦效果最好。当入射波长为800 nm，该超透镜可以分别实现单焦点和多焦点聚焦，其单焦点、双焦点和三个焦点的焦距分别为9.6、6.6 和 4.7 μm。可以利用该超透镜的特点实现不同的聚焦要求。