色散物镜是光谱共焦显微镜的关键组件,其轴向色散线性度和色散范围会影响光谱共焦显微镜的性能。在线性轴向色散的理论基础上,研究了优化选择材料组合的方法,给出了优化模型和求解方法,得到了具有最大色散的材料组合及其光焦度分配,并使用光学设计软件对优化结果进行了模拟。模拟结果表明,使用本文优化方法得到的材料组合,波长与轴向色散成线性关系,而且具有最大的轴向色散。使用得到的最大色散材料组合进行色散物镜设计,得到了较好线性度的色散物镜,并具有较短的有效焦距。本文给出的优化选择材料组合的方法可以为设计光谱共焦显微镜提供指导,有效缩短镜筒长度,提高光谱共焦显微镜的性能。

研制某R-C光学系统的关键技术之一是制造有效通光口径为600mm轻质双曲面主反射镜，该主镜相对孔径A=1／1．2，轻量化率53％，材料为德国肖特（SChott）公司微晶玻璃。系统在红外波段使用。主镜的加工中采用了会聚光奥夫纳补偿检验，激光辅助调节光路等措施，也在支撑方法和夹持方式作了改进，采用了定点手修像散的方法，确保轻量化主镜的成功研制。系统对接检验弥散圆直径0．02mm，用WYKO激光干涉仪检测，系统波面误差（PV）值为1．23λ（λ=0．6328μm），均方根（RMS）值0．18A，各项指标达到了设计要求。

对共轴卡塞格伦（Cassegrain）系统和偏瞳Cassegrain系统进行对比分析并指出其缺点．偏瞳Cassegrain系统的视场一般比较小，为增大视场、提高像质，提出将偏瞳两镜系统的次镜偏心和倾斜的方法，并用矢量像差理论简单分析了含有偏心与倾斜元件的系统的初级像差．结合实例分别设计出2种形式的光学系统．对比设计结果可以看出：该方法可以增大系统视场，提高像质，得到比较好的设计结果．

研究了一套能实现机动式布站的米级车栽可见光和红外高分辨率光学成像系统新方案．主系统口径1．2m，采用无焦卡塞格林形式，遮拦比1：10；机上中、长波红外成像通道采用共口径光谱分光、二次成像的形式，冷阑匹配效率100％，F数为4；机下成像光学系统焦距47m，F数为39，光学设计满足高分辨率与白天成像的要求，且成像质量达到衍射极限；各通道光学系统结构紧凑.光学设计与分析结果表明：该套光学系统能够用于空中和空间目标的全天时移动式高分辨率可见、红外成像.

介绍了塑料光学材料的特点和非球面镜在镜头设计中的优点，结合这两者的优点可以在镜头设计中将系统的重量变轻而使成像质量有所提高同时降低镜头成本。实际设计了一个双高斯照相物镜，首先在透镜表面全为球面的光学系统优化而得到较好的成像质量后；然后将非球面应用于此系统，再次优化后光学系统的成像质量有很大的改进。实例表明塑料非球面可以很好的应用于双高斯照相物镜的设计中。

为了满足胞内荧光测钙实验的需要,设计了一种新型的单色激发光源.其中,短弧氙灯发出的光经椭球反射镜聚焦后采用抛物面反射镜准直成平行光,通过光栅的衍射分光后又经过会聚物镜把光能量会聚到光纤端面,光纤的另一端面输出单色光.采用光路偏折的方法,有效地克服了灯源的噪声.结果显示,波长为340nm和380nm的光能量分别可达到30μW和120μW,能很好地满足荧光测钙实验的要求.

基于离轴三反光学系统（TMA）的一般设计方法,总结了设计要点。以两个基于三反光学系统的设计为实例,阐述了通过合理地安排光学结构、将次镜设计为球面反射镜、主镜和三镜在球面基础上改变高次非球面系数等,可使离轴三反光学系统的设计结果接近衍射极限,传递函数在50lp/mm时都接近0.6,Strehl率由通常的0.91提高到0.93。与传统离轴三反系统相比,相机加工公差和面形加工公差从原来的λ/50放宽到λ/40,主、次、三镜的装调公差放宽了4倍。文中的设计降低了相机的加工及装调难度,有助于系统光学特性实现衍射极限,为三反光学系统的广泛应用提供了借鉴和实用参考。

描述了一种用于生物芯片分析仪的像方远心f-theta扫描物镜.通过对物镜像差参数要求的分析,选择初始结构,利用ZEMAX进行了光学系统的优化,给出了数值孔径0.17,焦距40mm,总长140mm的f-theta物镜设计结果的光路图和芯片荧光测试实验结果.f-theta物镜用于生物芯片分析的扫描系统在100lp/mm的调制传递函数(MTF)在0.35以上,f-theta畸变量控制在0.13%以内,在整个视场内具有高荧光激发和收集效率,分辨率可以达到10μm,一块芯片的测试时间可以在200s以下.

为了搭建荧光显微镜单色光源系统,设计了两种不同的非球面反射镜,利用光线追迹和统计的方法分析比较了两种非球面反射镜的聚光特性,模拟了实际使用效果,并利用椭球面反射镜构建单色光源系统,在荧光测钙实验中得以使用,证实了椭球面反射镜在此类光学系统中应用的可行性.

提出了一种多次反射光程发生系统,该系统具有高分辨率、光程连续可调的特点,分辨率可达毫米级。系统由3个曲率半径相同的球面反射镜组成,光线从一端射入,在反射镜组中经过多次反射后从另一端射出,进而产生光程。光线在系统中反射次数受多种因素影响,文中采用的调节镜片相对位置的方法可有效改变光线在反射镜组中的反射次数并改变系统的光程。通过建模软件建立光程发生系统的几何模型并进行仿真实验,实验结果表明系统产生的光程连续可调。对光程发生系统进行光学仿真,得到仿真图像与照度图表,分析并得出系统每一级光程的调节范围。分析计算光程发生系统的散斑失真影响,计算结果显示系统的散斑在可接受范围内,对光程的影响可忽略,系统可行。