传统单层衍射元件的衍射效率在入射波长偏离中心波长时急剧下降,因此在宽波段红外系统中应用时会导致成像模糊。通过分析视场对含衍射元件系统点扩散函数(PSF)模型的影响,提出了减小视场影响的光学-数字联合设计方法;该方法通过将优化的权重赋予不同的衍射级次,使系统的PSF不随视场变化,同时将单层衍射元件中心波长设计在中波,在长波波段利用所构建的PSF模型通过图像重建达到双波段成像的目的。采用该方法设计了红外双波段折衍混合系统,在中波波段,该系统在17 lp/mm处的MTF为0.7;长波重建图像在主观上明显清晰,多个图像质量评价函数均有所提高。结果表明,该设计方法可以实现单层衍射元件在红外双波段上的应用。

大孔径红外光学系统往往易受自重和环境温度影响造成像质恶化, 引入自适应光学技术的红外自适应系统能够很好地解决该问题, 为此设计了一个用于Hartmann-Shack波前检测的红外自适应光学系统。重点设计了10×可见光与中波红外双波段望远镜, 物镜为卡赛格林反射物镜组, 无需消色差, 在可见光与中波红外2个波段实现了消色差目镜设计; 还设计了红外成像中继光学系统, 可实现100%冷光阑效率, 并补偿望远镜在中波红外波段的残余像差, 使最终设计的光学系统MTF接近衍射极限, 达到了0.5以上, 满足设计指标要求。

红外双色比能够表征目标的温度信息，但点目标双色比受噪声、探测器盲闪元以及跨像元因素干扰，难以准确测量，影响测温精度。应用递归图法定性分析和判断了点目标双色比的非平稳性。针对这一特性，先对点目标信号应用移动平均滤波做预处理，再通过小波软阈值去噪对双色比进行降噪处理。试验结果表明，在信噪比大于12的条件下，该方法可以实现静态点目标1 K温度分辨率，慢速动态点目标2 K温度分辨率。

非接触红外辐射测温具有响应速度快、准确、便捷等优势。为实现中低温(50~400 ℃)物体温度的精确测量，根据双波段比色测温原理，搭建了双波段比色测温试验系统。首先对试验系统所用的试验器件进行精确标定，得到拟合曲线，用多种插值算法对曲线进行校正。然后，用设定温度的面源黑体作为试验目标来进行试验温度数据采集。实验结果表明：搭建的双波段试验系统不需要知道目标发射率，也能较为精确地得到中低温物体的真实温度。当系统标定置信度为0.95时，物体的标准偏差在3 ℃以内。验证了搭建测温系统的正确性，实验装置的搭建对中低温物体真实温度的精确测量具有重要的研究意义。

为成功应用新一代红外探测器，须要设计出能够同时具备双/多色成像能力的光学系统。提出了针对双色红外光学系统材料选择的计算评价方法，其评价项包括绝对光焦度和设计谱段内多个波长下的平均离焦两项。利用该方法对可选的材料组合进行评价，可以快速高效地获得最佳材料组合和元件初始光焦度分配。通过分析评价，适用于中波/长波双色红外光学系统最佳的两片透镜材料组合方式为ZnS/IG2，最佳的三片透镜材料组合方式为Ge/ZnS/GASIR1。通过对组合的详细设计分析验证了该评价方法的有效性。最佳组合可作为透镜组元，为实际光学系统设计提供良好起点。

对双波段红外扫描成像光学系统进行了研究，结合三次成像技术和100%冷光栏效率技术，设计了一个共口径双通道红外扫描成像光学系统。该系统包括前端共用的双反射系统、分束镜、准直镜组、扫描镜和成像镜组。光波经过双反射系统在主镜之后被分束镜分成中波红外通道(3 μm～5 μm)和长波红外通道(10 μm～12 μm)，经准直镜组及成像镜组会聚探测器上，实现中波红外系统与长波红外系统共口径同步成像。设计结果表明，长波红外系统传递函数在18 lp/mm处达到0.4以上，中波红外系统传递函数在18 lp/mm处达到0.78以上，满足实际应用的要求。

根据电视／红外双色制导的要求，研制了锗酸盐基底上的双波段宽带减反膜。其膜系设计采用二氧化钛和二氧化硅分别作为高、低折射率膜料的13层膜堆，镀制的膜层满足环境稳定性标准。在0．56～0．75μm波长范围内，双面镀膜后的平均透过率大于98%，单面平均剩余反射率不超过0．5%；在3．6～4．8μm波长范围内，双面镀膜后的平均透过率至少可达到85%，单面平均剩余反射率不超过1．5%。

记录和分析了高功率激光焊接中工作区的紫外和红外信号，着重分析了双波段信号与离焦量变化的对应规律。