针对红外光电跟踪系统的研制要求，设计了一套8～12μm波段折／衍射混合型双视场变焦系统。该系统结构简单、相对孔径大、变倍比高，突破了以往红外变焦系统相对孔径小、变倍比小、结构复杂等缺陷；采用衍射元件的固有特性进行消色差及消热差设计，并利用锗与硫化锌的混合来校正系统色球差，其最终设计的相对孔径（即F数）为1．1，系统变倍比为8。设计结果表明，在空间频率18lp／mm处，-40~70℃温度范围内，宽视场及窄视场MTF均在0．55以上，接近衍射极限；在接受半径为15μm的探测器像元内，能量透过率大于78．5％，表明该系统具有良好的成像质量，在实际使用温度环境下实现了消热差设计。

离轴三反镜光学系统具有高分辨率、大视场、质量轻、小体积等优点,能够满足空间对地遥感、红外系统多波段探测以及空间探测系统等的要求,使其光学系统具备高分辨率、小型化、轻量化等特点,成为研究的热点。以离轴三反射镜光学系统设计方法为基础,重点分析并讨论了三反射镜系统初始结构参量的确定方法。主要对传统的初始结构参量确定方法进行了分析,讨论了三种不同结构类型情况下系统各几何参量的求解范围,有利于系统根据实际需要合理选择结构参量。比较了两种初始结构设计方法的优缺点,指出了各自的适用情况。最后依据理论研究进行了实例设计,从像质的评定结果可以看出,系统成像质量接近衍射极限。

基于制冷型320×240凝视焦平面阵列探测器，设计了30x中波红外大倍率连续变焦光学系统。详细介绍了连续变焦光学系统的选型及其初始结构的计算方法。系统采用硅和锗两种普通红外材料，通过引入非球面校正系统轴外像差，实现了30-900rmn的连续变焦，F数为4，工作波段为3．7～4．8μm，满足100％冷光阑效率，在空间频率为16lp／mm处，系统MTF值大于O．5。系统具有变倍比大，结构紧凑，光学总长短和全焦距范围内像质好，分辨率高等优点，满足设计要求。

为使头盔微光夜视镜的重量更轻，同时保证其较好的成像性能，分析了光学塑料的特性及其加工，通过引入高次塑料非球面，设计了含有3个高次塑料非球面的6片式微光夜视物镜。该物镜具有大视场（40°）、小F数（F／1．25）、小畸变（1％）的特点，光学传递函数在空间频率40lp／mm时，轴上传函≥0．6，轴外传函≥0．4，满足微光夜视物镜成像要求。相对具有同样性能的传统物镜系统，总长41mm，为传统物镜的82．6％，重量13．3g，仅为传统物镜的32．7％。为头盔式微光夜视系统减重设计提供了一个新的参考思路。

星敏感器是目前精度最高的姿态测量仪器,光学系统是其重要的组成部分。首先介绍星敏感器的工作原理,讨论星图识别过程中星像位置提取算法和星图识别算法,剖析光学系统的像差校正、成像特性要求。基于特殊的像质要求,兼顾优化速度,提出运用ZEMAX扩展外部编程以约束光线的优化设计方案。通过编写外部约束条件程序,使用动态数据交换技术实现外部程序和ZEMAX软件的通信,达到星敏感器光学系统的优化设计的目的。然后针对设计指标焦距f=43.56mm,入瞳直径D=27.3mm,全视场角为20°的APS星敏感器光学系统,采用该方案优化设计。得到的星敏感器光学系统,所有光学面都是球面,材料选用普通玻璃,具有像方远心的特点,系统成像质量满足星图识别要求。仿真表明：运用ZEMAX扩展外部编程优化设计星敏感器光学系统的方案快速有效。

针对四臂微桥结构的微辐射热计的光学和热学设计,分析了SiO2红外吸收层/ poly-Si热敏感薄膜电阻层/SiO2支撑薄膜层的多层薄膜的光学特性,研究了SiO2红外吸收层的厚度对多层膜系平均红外吸收率的影响.与常规设计思想不同的是,我们没有假设微辐射热计的平均红外吸收率一定,而将不同厚度的SiO2红外吸收层所对应的膜系平均红外吸收率用于微桥的热学设计中,通过有限元分析软件ANSYS5.7,得到SiO2红外吸收层的最佳厚度,并对微桥支撑臂进行了优化设计.

在同轴三反射光学系统基础上，采用视场离轴方式，设计了一个在地球同步轨道上对地观测的空间离轴三反射光学系统．该系统同时具有大线视场和大相对口径的特点，设计结果表明，成像质量达到了衍射极限．

面对空间遥感，尤其在目标特性的精细化识别中，要求成像光谱仪具有高灵敏度、高光谱分辨率与高能量通过力等优点．在同轴三反射光学系统的基础上，采用视场离轴方式，设计了一个三镜无遮拦全反射光学系统．次镜和光阑重合，无中间像，实现了高分辨率、大视场、长焦距的要求．光学系统的基本参数为：焦距f’=1600mm，视场角为2w=18°×0．148°，相对孔径为1／10，3个反射面均为二次曲面．设计结果表明，成像质量接近衍射极限，用此方法设计的光学系统在航天遥感领域具有很好的应用前景．

为设计一套焦距17～1700 mm的长焦距、超高倍率变焦距光学系统,首先在合理选择初始结构基础上,通过比较高斯光学计算结果找出高斯解对系统性能的影响规律,从而确定系统的关键参量；然后通过分析各组元相对孔径和像差特点选定结构形式,并进行系统像差的校正和优化.设计结果系统光学总长760 mm,各焦距位置全视场50 lp/mm处mtf＞0.3,各项指标满足系统要求.

随着空间光学技术的发展,对于空间相机地元分辨率的要求越来越高,而且必须具有多光谱成像能力,因此空间相机光学系统的设计要满足视场大和畸变小的要求.本文以共轴三反射光学系统为基础,研究了一种新型的三反射光学系统.该系统不仅中心遮拦小、光学畸变低,而且实现了全色和多光谱ccd的合理排布.设计结果表明:当光学系统的焦距为f=12 000 mm、f数为12、成像谱段位于450～900 nm时,视场角可以达到1.6°,光学系统的线中心遮拦比低于1/3,光学畸变量小于0.5％,在50 lp/mm处调制传递函数优于0.47,成像质量达到衍射极限,可以满足多光谱高分辨率空间相机对地遥感的使用需求.