鉴于大口径激光雷达系统在污染物检测方面的需求, 理论设计了一种多波长激光雷达光学系统。该系统由接收主系统和光纤分束耦合部分组成, 工作波长为 355、532、1064 nm, 检测波长为 632.8 nm，接收主系统采用卡塞格林结构, 光纤分束耦合部分采用透射的形式, 引入色差。系统通光口径为 Φ680 mm, 有效焦距为 1548.53 mm, 通过对玻璃材料的选型和光焦度分配, 使用修正的相对部分色散 P 和阿贝数 V 建立消色差方程组, 用 PW 法求解初始结构。使用 Zemax 软件优化出满足要求的光学系统, 最终优化结果波前都优于 λ/15 (λ=632.8 nm), 表明设计的光学系统可用于实际生产加工中。

发射光学系统对近地层紫外通信系统的性能提高具有重要作用, 为此设计一种适用于近地层紫外通信的发射光学系统。通过分析、比较, 该系统采用卡塞格林结构形式, 主镜为抛物面, 次镜为双曲面, 在中紫外265 nm～270 nm、环境温度-60℃～60℃下工作。经过优化设计, 结果为: 系统焦距450 mm, 系统总长200 mm, 发射角2°, MTF值大于0.31, 工作温度稳定性良好。

针对传统聚光系统聚光倍数低、造价昂贵且结构复杂的弊端, 对高倍太阳能聚光镜进行了设计研究。利用卡塞格林结构具有高倍聚光及光束耦合的优点进行编程建模, 设计了新型高倍太阳能聚光镜, 给出了设计方法及运用光学软件ZEMAX以不同入射角度入射时的模拟结果。模拟结果表明, 设计的太阳能聚光镜消除了球差的影响, 在太阳光入射角为05°时, 实现有效聚光比为544, 光学效率为84835%。该聚光镜较传统聚光镜有更高的光学效率, 并且结构简单、价格低廉, 有望商业化。