针对光学行业的CAD设计软件技术, 尤其针对序列光学应用领域, 例如成像, 激光等行业目前仍然被国外占据主导地位和垄断状态。国内拥有多个强大光学技术团队, 包括基础理论和应用, 但是还没有一款可以满足应用的光学设计CAD软件。在经历了将近10年的准备和集中的项目开发, 一款高集成度的光学设计软件已经完成, 并将其命名为CAXCAD。软件目前实现了高效率的基础框架和多个模块的集成, 在核心光线追迹、几何分析评价、FFT PSF MTF衍射计算、DLS 优化、评价函数操作数, 多重结构、坐标断点离轴仿真等多个领域实现技术突破, 重点介绍了CAXCAD的分析功能和优化技术的实现, 尤其是针对MTF调制传递函数。

设计并实现了一种高功率、高光场均匀性的蓝紫光半导体激光器。采用光纤耦合技术, 将28只输出功率为350mW的半导体激光器的输出激光, 通过非球面透镜分别耦合进纤芯直径为400μm、数值孔径为0.22的光纤中, 光纤经捆绑合束进行功率扩展后输出功率达8.1W。利用Zemax软件设计了复眼透镜组对激光光场进行整形匀化, 仿真结果表明, 光场均匀度从匀化前的48%提高到匀化后的86%, 实验测量光场均匀度达到84.4%。为高精度3D打印技术提供了一种理想光源。

研究了高阶模高斯光束的整形方法。在高阶模高斯光束和平顶光束理论模型的基础上，分别选择了平顶洛仑兹函数和费米狄拉克函数作为平顶光分布函数，利用能量守恒定律，分别推导针对拉盖尔-高斯光束和厄米特-高斯光束整形系统中入射光与出射光的映射函数。最后利用ZEMAX软件设计了针对TEM01模高斯光束进行整形的非球面透镜元件。结果表明，可进行任意阶数的高斯模高斯光束整形。

研究了真实光线追迹优化光学系统的方法以简化高斯光束整形系统的光学设计。理论分析了高斯光束整形原理, 并选择超洛伦兹函数作为平顶光分布函数; 根据能量守恒原理, 推导了高斯光束整形系统中任意光线在入射面与出射面的坐标变换关系。针对该系统的特点, 使用Zemax编程语言(ZPL)编写计算坐标变换的ZPL宏指令, 并优化设计了高斯光束整形系统。最后, 利用金刚石单点车削法加工该非球面光学系统, 并利用光束分析软件对系统的整形效果进行了测试。测试结果表明, 利用该方法设计的非球面透镜实现了高斯光束的整形变换, 平顶光的均匀度为87.1%。该方法简单实用, 计算量小, 可应用于实际工程设计。

利用Zemax光学工程软件，设计了一种应用于闭路电视监控镜头的光学系统。该系统有效焦距f为5 mm，F数为2.8，视场2ω为70°，采用1/2 inch CCD作为图像接收器件，像元尺寸为6.5 μm×6.5 μm。为实现系统结构紧凑和大视场的特点，采用反远型结构进行放缩和简化。根据闭路电视镜头的特点，在允许存在一定的场曲的条件下，使系统具有较高的分辨率。设计结果表明，利用5片球面透镜即可满足设计要求。该镜头在奈奎斯特频率处， 0.7视场(FOV)以内的调制传递函数(MTF)值大于0.3，在奈奎斯特频率1/2处视场的MTF值均大于0.5。系统各组元均为球面镜，形式简单、结构紧凑。

采用数字全息术对LiNbO3∶Fe晶体中高斯光束诱导的折射率变化热固定过程进行了准实时可视化实验研究.实验过程中通过在线加热的方式对光致折射率变化进行固定,采用冷光源提供的非相干白光对热固定的折射率变化进行显影.通过数值再现得到热固定过程中不同阶段的折射率变化分布,根据折射率变化的演化过程确定出了显影的最佳时间.