研制基于楔板型分束镜的可见-红外光同步成像望远镜系统，通过优化设计分束镜楔角，抑制反射可见光鬼像产生，校正透射红外波段像差，实现对可见光波段与红外波段同时成像。对望远镜系统进行像质检测，主次镜系统RMS为0.093λ（λ=6328nm），可见光支路RMS达到0.120λ，红外光路成像质量满足要求。该系统采用卡塞格林共光路，用楔形板实现对可见光到中红外波段光线同步成像，使得宽波段望远镜设计更加轻便的同时提升装置成像性能。

提出一种在发酵罐外部架设显微系统进行非接触式细胞观测的光电检测方案。现有倒置生物显微镜工作距不足, 并且其自身光源发散角大、能量低不足以照亮细胞, 而工作距足够的工业显微镜分辨率最小只能达到10μm, 所培育的动植物细胞大小为10~20μm, 无法获得清晰的细胞图像。为满足系统指标, 设计了一种非接触式、折反射结合的长工作距可变焦光电检测系统。系统采用卡塞格林系统和李斯特物镜结合的设计思路, 解决了折射式结构像差大的缺点。光学系统放大倍率为3~5倍, 工作距为40mm, 物方数值孔径0.18~0.3, 分辨率可达到1.17~1.96μm, 其轴上点在CCD截止频率133lp/mm处均大于0.1, 大于人眼极限分辨阈值0.05。

为了调节视场较大的卡塞格林望远镜的次镜位置, 提出了两步式灵敏度矩阵模型的计算机辅助装调方法。在分析了传统的二次模型灵敏度矩阵法的缺陷的基础上, 根据灵敏度矩阵的特点加入了精调步骤, 对传统的灵敏度矩阵法进行了改进。针对卡塞格林系统, 分析了各项泽尼克系数与失调量之间的关系, 并对 300 mm口径, 0.6°视场的卡塞格林系统进行了校正仿真。仿真结果显示, 传统的灵敏度矩阵法校正后沿 x、y、z轴偏移及绕 x、y轴倾斜的失调量的均值分别为: -0.0684 mm、-0.0892 mm、0.0015 mm、0.0498°和-0.0444°, 全视场波像差 RMS均小于 0.1λ(λ=632.8 nm); 两步式灵敏度矩阵法校正后的均值分别为 -0.0018 mm、-0.0012 mm、0.0002 mm、0.0008°和-0.0012°, 全视场 RMS均小于 0.03λ, 明显优于传统的灵敏度矩阵法。

在卡式系统的后光路中加入倾斜的平板, 实现同轴透射端可见光的接收及反射端红外光的发射。该卡式系统口径为400 mm, 焦距为4 000 mm, 视场为±1.5′, 加入平板后会给系统造成较大的像差, 为了达到系统设计要求: 角分辨率小于1″, MTF曲线在35.7 lp/mm处高于0.6。分析了倾斜平板产生的像差, 对比不同材料和厚度的平板对像差的影响。通过加入偏转的双胶合透镜校正像差, 但该方法会使系统的出瞳位置发生变化, 从而提出使用偏转三胶合透镜保证出瞳位置的校正方法, 并对加入的透镜进行公差分析, 最终达到设计指标。

设计了适用于制冷型640×512 中波红外凝视焦平面阵列探测器和1920×1080 的CCD 的可见光/中波红外共口径光学系统。该系统在中波3.6～4.8 μm，可见光0.45～0.9 μm，环境温度－40℃～60℃工作，可见光系统焦距500mm，视场角为0.38°×0.43°，F/#为4；中波红外系统焦距600mm，视场角为0.38°×0.43°，F/#为4.8，满足100%冷光阑效率。本设计利用共用卡塞格林系统，利用分光镜实现可见光与中波红外光谱分光，之后接各自校正像差的镜组。该系统满足工程光学的要求，能够良好成像，双波段系统在－40℃～60℃环境温度下的也能够正常工作，并能够实现可见/中波红外远距离识别。

文中以焦距4 000 mm、口径Φ400 mm的反射式平行光管精密调试、检测工艺方法为研究对象。作为某光学系统的检测与标定基准,该平行光管在成像质量、分辨率、出射光束平行性等关键指标都有极高的要求, 重点从主镜微应力粘接、主次镜光学间隔精确调节、主次镜光轴一致性调节和分划板位置精确标定等关键工艺环节入手进行了深入研究, 并利用自准直法进行了精密调试、检测。最终得到的平行光管系统分辨率≤0.8″, 出射光束平行差≤3″, 星点能量集中, 无明显像差, 十字分划板竖刻线与安装基准铅垂, 综合性能指标达到设计要求。

介绍卡塞格林系统非球面主镜使用三坐标测量仪进行定心装调的方案。系统的主镜口径为300 mm, 需要使用结构胶进行胶结固定, 选用微应力粘接方法, 将胶层粘接应力与热应力变形控制在极小的范围内。利用ZYGO干涉仪获得光学系统的波前信息, 将测得的波相差转化为初级像差, 根据光学系统失调量与像差的关系对卡塞格林系统进行计算机辅助装调。调试后, 系统的RMS值达到0.10λ, 分辨率达到1″以内, 检测结果表明: 该系统的成像质量接近理论衍射分辨率, 该方案可以实现快速定心, 并且能够满足计算机辅助装调对定心精度的要求。

针对多传感器光电系统存在的光轴平行性调校需求, 介绍了一种光轴跨距较大的高精度校轴仪及其工作原理。该装置核心为卡赛格林系统, 其主镜采用了一种新型粘接与光学定中心方案用于解决受力变形, 实际变形结果验证了该方案的可行性。通过精确调校卡赛格林系统以及检测光路的光轴平行性, 文中的校轴仪理论检测精度可达10″以内, 因此其配合大口径离轴反射式平行光管使用时, 能实现对多传感器光电系统光轴平行性的高精度调校。

设计了一种具有高发射和接收效率特性的激光通信光学系统。传统的卡式结构激光通信光学天线由于次镜的遮拦大大降低了发射效率，因此在设计中采用了偏瞳的卡塞格林光学天线，且收发共用，有效地提高了通信终端的发射效率和接收性能。对光学天线的增益、成像质量和传输效率等系统性能进行了分析，给出了共轴和偏轴情况下的系统收发增益曲线。同时，通过光谱分光的方法实现了通信收发光束、信标收发光束的高效隔离，大大减小了系统的体积和重量，降低了激光通信光学系统的复杂性，具有重要的参考意义和应用价值。

设计了用于空间对地遥感的卡塞格林光学系统,系统的焦距为1 000 mm,F=5.6,光谱范围0.4~0.9 μm,视场为3°,畸变小于1%。采用CODE V软件优化出两种系统结构形式,这两种结构形式的光学传递函数都接近衍射极限。将第二种形式的主镜的抛物面改成双曲面,并在校正组中引入了两个高次非球面,校正透镜组减少了两片透镜,其结构简单、体积小、重量轻,更适用于空间遥感应用环境。