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。

为简化系统结构,将激光发射系统与成像接收光学系统合二为一,设计了一种可变远距离收发共用的折射式光学系统。该系统使用分光镜将1064 nm激光和可见光分离,通过调节成像系统焦面及发射系统前透镜位置,可对300～2000 m 范围内物体进行激光发射及成像接收,结合两种功能于一体,采用发射接收共光路的方式,实现了激光光学系统的小型化与轻量化。根据PW法分别设计了主光路前后组镜头初始结构,并使用Zemax软件对初始结构进行优化分析,大大提升了接收系统的成像质量和发射激光能量集中度。最终设计结果满足设计要求,在300～2000 m物距范围内系统发射光斑大小合理并能清晰成像。

介绍了PW法在连续变焦光学系统初始结构求解过程中的应用。在物像交换原则的基础上对光学系统的各组件进行光焦度分配和间距的选择得到变焦系统的结构形式。通过改变PW值的大小以及正负选择最佳的玻璃组合, 消像差以及计算透镜的形状。利用PW初始结构求解法设计得到了焦距为50 mm~20 mm的中波红外变焦系统, 该系统包括5片透镜以及2个非球面, 结构简单并且满足100%冷阑匹配。最终得到光能透过率高, 成像质量好的连续变焦光学系统, 可以满足实际应用需求。因此, PW初试结构求解法在连续变焦光学系统设计中具有一定的借鉴意义。

详细介绍了分孔径光学系统初始结构参数确定和光学设计方法。分孔径光学系统是一种偏心系统，可分解为多个同轴子系统的组合，在给出其初级像差表达式的基础上，利用PW法及最小二乘法计算其初始结构参数。优化设计得到了适用于偏振成像的、焦距为40 mm、F数为4.5的和工作波长范围为450~650 nm的四孔径光学系统。该系统采用普通光学玻璃，光学总长为120 mm。镜头的成像性能接近于衍射极限，能够满足应用和指标要求。

给出1.57 μm人眼安全激光测距仪的光学设计方法，根据薄透镜系统的初级像差理论，使用PW法确定测距仪光学系统的初始结构，进而利用Zemax软件设计出一种对称式测距光学系统并对其进行优化。该光学系统结构简单，加工组装方便，成本低，且能满足测距仪对其光学系统的发射部分和接收部分的性能要求。

设计了波段300 nm~500 nm，放大倍率为10×，NA=0.3的近紫外-可见光显微物镜，用于观测激光照射核聚变的成像过程。该系统采用透射式结构，通过P、W设计方法和CODE-V软件的优化，实现了系统的复消色差，较好地解决了紫外光学材料种类少、折射率低带来的像差校正困难和光学系统效率不高的问题。

介绍一个紫外-可见宽光谱显微物镜的设计过程。通过改进的PW法求解初始结构参数，确定采用两个分离的正负透镜组组成透射式光学系统，根据光学材料的色散特性，选取正透镜材料为CaF2，负透镜材料为熔石英，通过建立复消色差方程组来分配双分离透镜的光焦度，合理地对两组透镜的偏角进行分配。运用CODE-V光学设计软件对系统进行优化，使系统的位置色差和二级光谱同时得到校正，实现了复消色差。仿真结果表明：系统在整个视场范围内，点列图弥散圆RMS半径值小于5 ，最大视场处的像散为0.058，畸变为0.04 %。