增强石英音叉光声光谱技术作为光声光谱探测技术的一种，具有高灵敏度、高选择性、响应速度快的优势。增强石英音叉光声光谱技术采用可调谐石英音叉代替光声吸收单元和麦克风来实现光声信号探测，微共振管用来增强信号。分析并比较了三种音叉与微共振管耦合方式的增强石英音叉光声探测器，分析了影响系统信号强度与信噪比的因素，并总结了在参数优化方面的进展。在此分析基础上，介绍研制的小型化光声探测器装置和一种新型的太赫兹增强石英音叉光声探测器，并对其采用的定制音叉参数进行分析。随着新型中红外激光光源的应用，石英音叉光声探测装置会逐渐摆脱光束质量对其的限制，得到更广泛应用。

为了辅助静脉穿刺及相关的医疗操作, 设计了一款基于投影式头戴显示器(HMPD)的静脉显像系统, 其光学系统由近红外成像系统和穿透型HMPD构成。利用光学设计软件ZEMAX优化设计近红外成像系统, 使其具有F/26的大数值孔径, 有利于弱反射红外光的收集成像。穿透型HMPD采用与近红外成像系统相同的光学结构, 有利于简化系统的加工装调。设计结果表明, 近红外成像系统成像质量优异, 分辨率达到QXGA(2 048×1 536)。穿透型HMPD具有18 mm的大出瞳直径及25 mm的大出瞳距离, 场曲小于003 D, 畸变小于032%, 达到QXGA分辨率显示模式。与现行的静脉显像系统相比, 本显像系统结构简单紧凑、佩戴舒适, 且具有超高分辨率, 是一款适用于辅助医疗的目视系统。

为了提高角膜曲率计的测量精度, 借助于现代光电子技术, 设计了一款高精度的成像角膜曲率计。系统包括环形物、一次成像系统、角膜、二次成像系统和CCD探测器。首先在ZEMAX软件中, 设计了成像角膜曲率计的一次成像系统和二次成像系统, 分别对两个成像系统进行优化设计; 然后通过半透半反镜组将一次成像系统和二次成像系统拼接, 组成成像角膜曲率计的光学系统, 并对其进行整体的优化设计。最后, 利用TracePro对所得的环形像进行模拟和分析。结果表明: 所设计的成像角膜曲率计的测量范围约为30~60D（对应角膜曲率半径5.5~11 mm）, 测量精度在角膜曲率半径7.8 mm时达到0.072D。

在光轴和视轴不重合的眼球模型中，设计了一种仅消轴向色差（LCA）而保持横向色差（TCA）不变的元件，建立了仅有TCA的眼模型。进而将实测的人眼高阶像差数据沿视轴方向引入眼模型，用以研究色差和高阶像差的相互作用。建立了三款个性化眼球模型，研究了明视觉状态下高阶像差、色差（LCA+TCA）、LCA和TCA对视觉的影响以及它们之间的相互作用。结果表明：对于多数人眼，色差对视觉的影响远大于高阶像差的影响，并且色差的存在进一步抑制了高阶像差的影响。在色差对视觉的影响中，LCA是具有统治地位的因素；对于多数人眼，TCA的影响可以忽略。