宽谱段高光谱相机能够更为全面地记录目标的光谱信息，是目前高光谱相机所追求的主要方向之一。然而，宽谱段势必会带来系统的色差和二级光谱过大的问题，从而对成像质量造成影响。因此，基于Buchdahl矢量色散分析方法，提出了一种基于线性渐变滤光片的宽谱段高光谱相机光学系统。该系统为一款焦距为100 mm、F数为5、视场角为14.2°且光谱范围在400~1000 nm内的像方远心透射式光学系统。基于该系统的高光谱相机可在500 km轨道处获得空间分辨率为21.5 m、光谱分辨率为10 nm、幅宽为125 km的图像。像质评价及公差分析结果表明，系统具有良好的成像质量并能够满足加工和装调的要求。传递函数测试结果表明，系统符合实际应用需求。

直线运动动态目标发生器用于检测与标定光电跟瞄吊舱的动态分辨率、跟踪带宽等性能指标。动态目标发生器内置平行光管用于模拟无限远动态目标, 动态图形置于光管的焦平面并做变速直线运动模拟地面景物的移动动态。发生器内的平行光管由于其长焦距、大口径、大视场的特点, 其二级光谱需重点考虑, 基于复消色差理论, 矫正二级光谱并平衡场曲等其余像差。设计了1m焦距、口径100mm、视场角为5°的大视场、长焦距无限远目标模拟光学准直系统。设计结果表明, 光学系统的传递函数优于0.3@100lp/mm, 畸变≤0.03%, 沿轴色差远小于焦深, 有效地矫正了二级光谱。采用分辨率板法检测光学系统的轴上、轴外点的空间分辨率, 检测结果表明光管的空间分辨率均达到20组152lp/mm, 满足系统要求。

提出了一种子波段缝合光学玻璃组合的选择方法,通过最小二乘法求解复消色差方程,得到了能有效校正三级光谱的最优化玻璃组合。基于该组合设计了一个宽波段长焦距光学系统,该系统的波长范围为0.45~1.014 μm,焦距为400 mm,F数为6,全视场角为10°。系统共有3种光学玻璃,7片球面透镜,调制传递函数(MTF)接近衍射极限。研究结果表明,所提方法可以在复消色差光学系统中实现三级光谱残差的校正。

光纤法布里-珀罗(F-P)传感器被广泛应用于航空发动机的检测中。偏振互相关解调法是最常用的F-P腔长解调方法。在偏振互相关解调系统中, 光学系统的轴向色差会引起零级干涉条纹的偏移和光强的减小, 从而降低解调精度并减小信号幅值, 因此分析了光学系统的轴向色差对解调的影响。为了减小光学系统的轴向色差对解调的影响, 设计了一种应用于偏振互相关解调仪的复消色差光学系统。该光学系统在光楔长度方向上的轴向色差为1.9×10-4 m-1, 最大光程差为0.021λ0(λ0为中心波长), 光程差远小于F-P腔长。对于特定的解调系统, 采用复消色差光路时, 零级干涉条纹的测量值偏移量为2.85 μm, 小于CCD像素宽度的一半, 并且CCD任意像素的光照度提高了3.75倍。

高精度光谱可调定标光源系统是针对高光谱遥感器的高精度定标提出的一种新型参考光源，设计了一个折射式宽谱段大相对孔径的准直物镜。镜头工作在400 nm~1 000 nm波段，半视场角2.2°、相对孔径F/2.8、焦距135 mm。利用部分色散（P）和阿贝数（ν）的修正公式，基于复消像差的基本原理，获得了镜头的初始结构。借助Zemax光学设计软件进行优化设计，重点校正了系统的二级光谱。最后，在设计波段上实现了复消色差，二级光谱残余量约为0.04 mm，其他像差也得到了良好的平衡。镜头的MTFs在37 lp/mm空间频率处均大于0.8，镜头整体性能满足设计指标。

为了满足用于深空天体观测或摄影的天文望远物镜的大相对口径及高分辨力的要求,基于二级光谱的理论公式,以佩兹伐物镜作为基本结构,对所选择的玻璃材料进行了色散特性的分析。通过Zemax光学设计软件的优化,给出工作波长范围在405～750 nm、焦距为500 mm、视场角为3.2°、相对孔径为1∶5的设计实例。设计结果表明,该系统二级光谱得到了很好的校正,在100 lp/mm处各视场传递函数均在0.52以上,满足接收器件有效尺寸为23.7 mm×15.6 mm的CCD成像要求,像面成像质量良好,适合深空天体的观测。

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。

针对红外搜索与跟踪系统在现代战争中体现出 的优势和重要性，提出了一种折反式红外光学系统设计方法。在折反系统中，用同一种红外材料 实现了像差特别是二级光谱的校正。该设计结果满足设定要求，可用于机载红外搜索与跟踪系统，并适用于像元尺寸为25 [EQUATION]m 的非致冷焦平面阵列探测器。

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 %。