设计了一种薄膜衍射消热差红外光学系统。此光学系统口径为 200 mm，焦距为 200 mm，相对孔径为 1，全视场角为 3.，工作波段为 10.7～10.9.m。该系统采用薄膜衍射镜作为主镜，厚度为微米量级，具有口径大、重量轻的优点，解决了现有红外光学系统重量和口径无法调和的矛盾。利用含有衍射面的折衍混合透镜进行校正主镜带来的强色散，有效解决薄膜衍射主镜成像视场小、谱段范围窄等问题。采用薄膜衍射主镜、折衍混合透镜，很好地利用了衍射面良好的消热差特性，再结合透镜材料的选择，对光学系统消热差起到了良好的作用，并且，衍射面的使用为系统设计优化过程中增加了自由度。薄膜衍射消热差红外光学系统重量轻、成像质量好、消热差性能优良，在红外遥感成像探测领域具有良好的应用前景。

为了研究凝视型激光主动成像系统对非合作目标的成像性能及在目标跟踪中的应用,设计了基于APD阵列和分束照明的凝视型激光主动成像系统。对激光回波功率与目标距离之间的关系进行了理论分析, 结果显示: 200 m外目标的回波功率小于1 μW。为提高系统作用距离, 选取高增益带宽积跨阻放大器OPA657N提高系统增益, 并通过优化元件布局来克服高跨阻值时的通道串扰。实验验证了距离方程的正确性。在此基础上, 采用八连通团块检测方法实现目标探测, 并对两轴目标跟踪进行了实验验证。结果显示: 系统能够对200 m处非合作目标稳定成像, 并能获取420 m处非合作目标的回波信号; 当目标在俯仰轴、偏航轴方向行程大于2.5°时, 系统能够实时探测并稳定跟踪。

根据现代战争对夜间进行目标跟踪、侦察及监视的迫切需求, 红外光学系统在**领域获得了广泛的应用。与变焦红外光学系统相比, 基于可变冷光阑的变 F数红外光学系统可以进行大视场搜索与极小视场监视的转换, 提高通光孔径利用率, 提高成像质量。随着对视场范围、图像质量、系统小型化等需求的不断提高, 变 F数红外光学系统逐渐凸显其优势。对变 F数光学系统的原理进行了研究, 概述了国内外在变 F数红外光学系统领域的研究进展。通过分析, 提出了系统关键结构可变冷光阑实现的技术路线。最后简要分析了可变冷光阑设计的关键技术。

针对机载平台激光3D成像系统的轻小型需求, 设计了采用APD阵列的共口径激光收发光学系统。在分析激光成像系统照明方式及其光学系统结构的基础上, 给出了激光3D成像光学系统结构框图: 激光经衍射元件实现分束照明, 采用双工反射镜实现收发光路的耦合。该光学系统用于2 km以内的目标三维成像, 根据激光测距方程, 确定了接收光学系统的参数以获得满足信噪比的回波能量。为避免造成像素之间串扰, 设计了5倍扩束比的发射光学系统。最后, 采用偏振片与1/4波片相结合的方式消除杂光, 降低了发射光路对接收光路的影响。设计结果表明: 接收光学系统弥散斑直径小于120 μm, 畸变小于02%。该光学系统体积小、重量轻, 成像质量良好, 可为同类激光成像光学系统提供借鉴参考。