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。

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.

通过对透射电子显微镜像差的简化分析,得到在透射电子显微过程中最佳离焦量的选择原理,并进一步讨论了消除像差影响的方法,给电子透射显微像的数字模拟提供了较简便的处理方法.

为了正确的评价微光学透镜的质量,在哈特曼波前传感器测量原理的基础上,提出了基于Gram-Schmidt正交化方法,搭建了哈特曼传感器测量微透镜实验装置,进行了微透镜的实际测量,对获得参考透镜和被测透镜的波面数据进行了处理分析.实验结果表明：利用对Zernike多项式重构波前信息,得到了被测微透镜的波前及像差参数.

拼接镜面合成孔径光学系统的出瞳波前是离散的，需要同时引入波象差和衍射光学理论来拟合最佳高斯参考球面，计算出瞳波前和波象差，并通过对像面的衍射积分，评估系统像质。对比了两种像质评估的方法：其一是直接利用干涉仪实测获得的整体出瞳波面参数拟合Zernike多项式衍射直接积分法计算像面复振幅分布，其二是对子出瞳波面衍射直接积分在像面的复振幅进行叠加。设计并制造了一个三子镜合成的成像光学系统，在此基础上用ZYGO GPIXP干涉仪对两种方法计算的像质进行了验证和对比。结果表明，子出瞳波面直接衍射积分叠加法的精度更高，但计算量大；在衍射极限附近，前者的拟合精度也能满足像质的定性评估要求，且计算量较小。

设计了一种用于钙离子光解释放技术的新型荧光显微镜双路耦合聚光系统采用合适的结构及精确的像差校正以保证光能的良好传输率及样本平面上的均匀性.通过光解释放实验证明了该系统适合于光解释放技术的需要.

提出一种复合同轴全息透镜的设计制作方法.该设计方法采用两片离轴全息透镜复合,按使用情况在布喇格条件下进行消像差设计.制作的全息透镜具有衍射效率高和像差小的特点,适合任意给定再现波长的窄带光场合.实验研制了一个全息透镜,其再现衍射效率达到63% .