为了给反射镜和光栅组成的光学系统提供一种有效的优化方法，应用吕等提出的两维扩展光源平面对称光学系统的像差理论，Namioka等定义的XUV（极紫外）光栅仪器的评价函数和改进的遗传算法发展了优化设计程序，对一XUV单色仪光学系统进行优化。通过光线追迹程序Shadow进行数值成像计算来验证优化结果，并和相关参考文献中的结果进行比较。比较结果表明应用的评价函数适用于两维扩展光源的XUV单色仪光学系统优化设计。

通过移动变倍组和补偿组,在保证所要求的变焦倍率的同时,考虑高级像差对最佳像面的影响,调整各组之间的间隔,使之尽量符合各焦距最佳像面的位移变化,最终达到在各种焦距位置时对高斯像面的严格一致.

分析了宽光谱短焦距光学系统的像差特点,并给出该光学系统的传递曲线,同时介绍了采用Zem ax设计的日夜两用微型视频摄像镜头,无需调焦,其结构型式为天塞物镜,实现了0.7视场其空间频率为50 lp/mm的调制传递函数均大于0.5,具有较高的分辨率。

为提高变焦距系统的工作性能，使其在大视场时仍具有良好的像质，且系统结构简单，易于机械设计、加工及装调，在设计中引入了传统球面光学设计与非球面相结合的设计思想。选择4个焦距位置进行设计计算，用光学设计软件ZEMAX上机调试，设计了焦距为6．9mm～91．6mm，视场5°～60°的变焦系统，整个系统由4组12片透镜组成，其中包括3个非球面，系统具有变倍比高、视场大等特点。设计结果表明：在设计中采用非球面可使系统结构紧凑，系统成像质量得到提高。

研究了轴向梯度折射率透镜的设计方法,总结了轴向梯度折射率镜头的像差理论,简述它在光学设计软件中的使用。最后把轴向梯度折射率材料用于激光束的聚焦设计。对扩束后12mm,波长1.06μm的激光束,分别设计了单片的普通球面透镜、单片非球面透镜和单片轴向梯度折射率透镜对其进行聚焦。从设计结果来看,轴向梯度折射率透镜像差接近衍射极限,明显好于其他两种透镜。在理想焦点上,三种透镜聚焦的RMS分别为191.75μm,17.69μm和2.42μm。

本文设计了一种焦距为6.5～52mm的可见光变焦距光学系统,视场角为6.6°～52°.设计中选取5个焦距位置进行了计算,采用负组变倍和正组补偿方式,实现连续变焦.设计结果表明其成像质量良好,其中75lp/mm处的调制传递函数值均大于0.6,弥散圆直径小于像元尺寸.最后采用插值拟合的方法进行了凸轮曲线的设计,该系统具有长度短,成像质量好,凸轮曲线平滑易于加工,工艺性好等优点.

为了提高拼接子镜系统的装调精确度，研究了拼接子镜系统的计算机辅助装调技术，分析了拼接子镜系统的计算机辅助装调模型，采用反向优化法编写程序求解系统失调量．以37项泽尼克系数作为评价函数．当粗调误差在0．7°以内时，完全可以精确求解失调量．结果表明，求解结果准确度高，符合实际装调要求．

介绍了反射(折反)式望远镜物镜结构形式的发展,归纳和总结了典型结构的光学元件曲面形式和系统像差情况.

利用非球面在改善成像质量方面的优势，在镜头设计过程中引入了偶次非球面，根据理论计算和ZEMAX软件的优化，设计出一个成像质量优良的高斯镜头，通过该实例对球面设计和非球面设计进行了比较，论证了非球面在照相镜头设计中的优越性．

主要以焦距7500mm、口径750mm的大型牛顿式平行光管的装调与标定方法为研究对象。该平行光管作为某空间光学系统的检测与标定基准,因此对其装调后的像质稳定性、出射光束平行性、口径对称性、出射光束水平性等参数都提出了极高的要求。从平行光管的关键指标参数要求出发,归纳了Φ750mm平行光管进行初步装调,再研究精密装调的技术原理和方案,分析了可能存在的失调量、产生原因与对应的调整方法。介绍了干涉辅助装调的实验过程和其中遇到的问题与解决方法,最终得到了满足技术要求的装调结果。