从三级像差理论出发，分析伽里略（Galilean）和开卜勒（Keplerian）两种类型扩束器的轴外像差没有得到很好校正的原因．通过合理的光路分析，设计出一种轴上和轴外像差都得到很好校正、大口径大相对孔径、视场可增大的、光学性能优于伽里略和开卜勒扩柬器的新型扩束器．并给出了物镜通光口径为300mm、物镜焦距为800mm、视场为4mrad、放大倍率为30倍、主工作波长为0．6328“in的非球面扩束器光学系统结构参量，且进行了像质评价．调整此扩束器目镜组中各镜片的间隔以及物镜和目镜的间隔可以使该扩束器在三个波长使用．

为了达到最佳的扩束效果和充分利用束流，从多次库仑散射角、能量损失和透射率这三个方面确定扩束器的材料类型。对均方根多次库仑散射（MCS）、质子能量损失和质子的透过率的研究都表明单位面质量下材料原子序数越大，扩束效果越好。再结合成本和适用性确定扩束器的材料为钨。同时，从探测器接收到的质子通量均匀而噪声影响小的角度，确定了扩束器的厚度。研究结果为：没有准直器的情形下，扩束器的厚度为3.1cm；准直器角度为3．0mrad时，扩束器厚度为2．4cm。