设计了一个视场角为30°的免散瞳立体成像眼底相机的光学系统。系统由成像系统和照明系统组成, 在成像系统中, 设计了新型眼底立体成像光学结构, 并加入前置物镜来提高成像分辨率; 在照明系统中, 通过设置环形光阑来避免角膜反射光的产生, 并加入黑点板来消除网膜物镜产生的杂散光。研究结果表明, 该系统不仅可以实现眼底视网膜图像的多角度同步采集, 还可以实现眼底视网膜6×106 pixel的高清成像。系统对正常人眼的物方分辨率高于200 lp/mm, 系统总长为290 mm, 场曲值小于28 μm, 畸变仅为-4.9%。系统具有较强的调焦能力, 能对-7~+5 m-1屈光度人眼的眼底进行清晰成像。

建立了8 m环形拼接太阳望远镜(8-m-RST)的主镜控制系统的数字控制器模型。通过提取系统模型的频率特性参数, 获得了采样周期、相对稳定性、积分增益与控制带宽之间的关系。引入脉动风干扰模型, 通过仿真验证了主镜系统在平均风速较低的脉动风扰动影响下的性能。研究结果表明, 8-m-RST的主镜控制系统稳定且控制带宽满足0.2 Hz的设计要求, 能有效抑制2 m/s平均风速的干扰, 对8-m-RST结构设计的改进、倾斜传感器和控制器的设计都有重要的参考价值。

为了校正机载共形光学窗口引入的随观察视角变化的动态像差,提出基于计算成像的共形光学系统像差校正方法。通过建立非相干成像系统模型,给出波前编码系统消除共形光学窗口动态像差的原理和成像过程,阐明基于计算成像的共形光学系统的设计准则和掩模板的优化流程,利用倾斜边缘法定量分析该系统的传递能力。实验结果表明,通过计算成像的方法可以校正机载共形光学系统的动态像差,并且无需加入复杂的校正器件,该系统具有结构简单和稳定性强的优点。

利用几何光学原理, 设计了一套应用于大功率CO2激光陶瓷烧结的均束装置。采用光波导进行均束, 分光镜进行分光, 使得此装置可以应用于陶瓷的双面烧结。其中, 光波导为长200 mm, 横截面为10 mm×10 mm的中空柱形。采用两块呈一定夹角的平面镜组成分光镜。经模拟, 该装置均束效果良好, 基本不受原始激光束光斑质量的影响。用傅里叶光学对光学系统进行分析, 讨论了增加光斑均匀性的方法。由于所有元件都采用反射型, 能量损失低, 光路校正方便, 符合大功率CO2激光器使用要求。

光栅拼接是解决光栅口径限制的一种有效途径，而光栅拼接的难点是子光栅的精密调整和稳定性保持。为实现子光栅的精密调整，采用了差动螺纹和压电驱动器两级驱动调整机构，子光栅调整精度可达纳米量级；为提高光栅拼接架结构稳定性，对影响光栅拼接架结构稳定性的因素进行了理论分析，根据分析结果,设计了新型的光栅拼接架，采用整体式支撑结构以提高光栅拼接架的固有频率，用柔性铰链代替弹簧以提高子光栅与光栅支撑架的联接刚度，光栅拼接架的稳定性得到大幅提高。经实验测试，拼接架的稳定时间超过1 h，子光栅间相对位移标准差为35.7 nm，拼接架满足使用要求。

光纤探头将发射光纤、接收光纤及自聚焦(GRIN)透镜集成为一体,可替代传统动态光散射装置的光路系统,能有效提高空间相干性,但目前尚缺乏光纤探头结构参数的最优设计方法.依据动态光散射光路系统空间相干性的要求,分析了光纤探头的结构参数,给出了优化设计的方法,确定了光纤探头两透镜间距和夹角的最佳取值范围.实验结果表明：光纤探头两透镜夹角为19°,间距为1.5 mm 时,可满足光路系统空间相干性的要求,接收信号的信噪比最高,相关函数的截距达到0.83,使用最优拟合累积分析法反演的颗粒平均直径相对误差小于2%.

为实现基于Placido盘的角膜地形图仪中图像的有效采集, 根据人眼角膜的特点以及所选用的CCD面阵参数, 设计了一套对称式消色差物镜及准直照明透镜系统。利用初级像差理论及PW法计算成像镜头的初始结构, 根据近轴光线追迹公式计算准直照明透镜参数, 利用Zemax光学软件进行系统优化。成像镜头结构由2组4片镜片组成, 有效焦距为20 mm, 后工作距离为19.2 mm, 相对孔径为1/3, 全视场角为8°, 光学总长控制在20 mm以内。在镜头分辨率66 lp·mm－1处, 所有视场的调制传递函数值均大于0.3, 全视场畸变量小于0.5%。该系统具有整体结构简单、紧凑、易加工、成本低、成像质量好等特点, 其性能很好地满足了整机的要求。

对同步辐射红外光束线中由两个相同光学参数的超环面镜组成的对称式光学系统的像差和超环面镜缩放比之间的关系进行分析。计算结果表明，使用3倍压缩比的超环面镜可将上海光源同步辐射红外光束线站BL06B的500 μm波长的红外光在金刚石化学蒸汽沉积（CVD）窗上的透射率优化到50%左右；光学设计软件Zemax光线追迹结果表明，该对称式结构的像差不影响中红外光束的聚集性能。Synchrotron Radiation Workshop模拟计算结果表明，使用3倍压缩比的超环面镜和直径15 mm的金刚石CVD窗获得的光子通量与使用1倍压缩比的超环面镜和直径45 mm的金刚石CVD窗获得的光子通量相当，但前者的碳峰吸收约为后者的37%。由两个3倍压缩比的超环面镜组成的对称式光学结构在兼顾近中红外性能的同时，优化了同步辐射红外光束线在远红外波段的性能。

设计了一款由5片塑料非球面透镜和1个红外滤光片组成的1300万像素的手机镜头,系统采用1/3 inch(1 inch=2.54 cm)的CMOS作为该镜头的图像传感器,像素颗粒大小为1.12 mm。镜头的焦距为3.9 mm，F数为2.2,视场角为78°。在1/2极限频率处调制传递函数(MTF)值都大于0.4,可以获得优质的成像效果，最大畸变小于2%,相对照度大于36%，公差也相对较松，能够满足生产中的需要。

从集成图像显示时再现的空间光学分布着手，研究了微透镜参数、记录/显示平面分辨率和成像系统空间分辨率的关系。研究结果表明成像系统的空间分辨率与微透镜的孔径和焦距大小有关。采用较小尺寸的微透镜，有助于提高成像系统的空间分辨率，但对记录/显示平面分辨率的要求随微透镜尺寸的减小以及物点深度的增加而提高。研究结果可用于集成成像系统的优化设计。