针对常用变焦结构在实现大变倍连续变焦时存在的各类问题, 从变焦系统设计的基本理论出发, 提出了一种可用于大变比光学系统设计的两级串联变倍模型, 给出了相应的变焦方程及凸轮曲线设计的优化控制条件和方法。该模型由两组元连续变焦前组和具有变倍放大功能的二次成像后组串联组成, 通过移动前组中的变倍组与补偿组实现一级变倍; 通过移动补偿组与二次成像组中的二级变倍组, 对前组焦距进行二级放大, 扩大整个成像系统的变倍能力, 同时, 二次成像组还压缩了物镜口径, 保证了冷阑匹配。完成了一个大变比连续变焦光学系统设计, 该系统工作波段为3.7~4.8 μm, 采用640×480制冷型面阵探测器, 像元大小15 μm, F数恒定为4, 可以实现6.5~455 mm、水平视角0.92°~58.2°、达70倍的连续变焦功能, 仅采用了两种材料, 十片透镜, 总长300 mm, 具有优良的成像质量和公差特性。

针对短波红外镜头在成像中存在杂散辐射的问题，对该镜头进行杂散辐射分析与抑制研究。通过成像实验初步分析了镜头的杂散辐射现象，运用仿真软件Tracepro 对该短波红外镜头建立分析模型，获取系统的点源透射率(PST)，并针对实验现象进行光线追迹，找出可能的杂散辐射路径。通过增加遮光罩、修改结构件和添加消杂光涂层的方法来抑制杂散辐射。通过测量采取抑制措施后的系统的PST 值证明了该措施有效、可靠，达到了抑制镜头杂散辐射、改善成像质量的目的。

基于三维激光成像雷达成像性能的需求,设计了一款应用于其发射系统的半导体激光器脉冲驱动电源。在对驱动电路模型理论分析的基础上,选取了RF高速功率开关,并运用PSPICE工具对驱动电路进行了仿真分析,设计出了一款峰值电流可达30 A,上升沿小于2 ns,脉宽小于6 ns,重复频率15 kHz的LD脉冲驱动电源。该设计满足激光成像雷达发射系统的技术指标要求。

基于光学消像旋原理, 研究了通过像旋扫描以扩大光学系统视场的途径, 并建立了一个设计模型。该模型是一个三次成像的变焦结构, 采用了别汉棱镜作为一维扫描器件, 为保证不同温度时的成像质量, 使用了主动消热差技术。系统采用了 480×6的线阵长波红外 (7.7~10.3 μm)探测器, F数为 2.6, 线阵长度为 12.29 mm, 通过像旋扫描获得了半径为探测器线阵长度的圆形总视场, 并采用倾斜和偏心探测器的方法实现了冷光阑匹配, 其视场为 4.4o/17.6o, 对应焦距为 320/80 mm。系统除别汉棱镜外采用了九片透镜, 其中 3个非球面。系统在全视场范围内具有接近衍射限的像质。

通过建立光纤环形腔半导体激光器的单模速率方程,用小信号方法讨论了弛豫振荡与环形腔长度的关系,以及直接电流调制下的调制响应与调制带宽.分析发现,在确定的参数下,存在环形腔长度的临界值.只有当环形腔长度小于该临界值时,激光器才发生弛豫振荡.