长波红外变焦光学系统相对于中波红外变焦光学系统存在可用材料少、系统高低温环境无热化难度大等难题。本文采用机械补偿变焦技术实现光学多视场变焦，利用主动补偿的消热差技术使系统在−40 °C~+65 °C温度范围内能够清晰成像，实现四片透镜架构的制冷型长波红外四视场光学系统设计。该光学系统四视场焦距分别为25 mm、109 mm、275 mm、400 mm，变倍比为15，光学系统包络尺寸为268 mm（长）×200 mm（宽），光学零件总质量为618 g。该光学系统具有质量轻、性能高、成本低等SWaP-C特征，在辅助导航、搜索、跟踪等安防领域中具有较大应用潜力。

热成像仪由于工作环境较为恶劣，且自身发热量较大，容易导致热像仪光轴发生热偏移，严重影响其瞄准性能。为了提高红外热像仪的光轴热稳定性，以某型热像仪光轴敏感部件——折转镜为主要研究对象，研究其在不同环境温度条件下的光轴变化情况，并通过构建折转镜的有限元仿真模型以及试验测试系统，获得与试验数据一致性较好的有限元模型；以此为基础，采用基于变密度法的拓扑优化仿真技术，以刚度最大化为设计目标，以体积分数为约束，对折转镜座进行了拓扑优化设计。通过试验测试得出，优化设计的折转镜座的光轴高温偏移量由46.1″减小到25.5″，减小了44.7%，折转镜座的光轴低温偏移量由92.9″减小到51.0″，减小了45.1%，极大地提高了折转镜的光轴热稳定性。最后，将优化后的折转镜安装到某型热像仪中进行整机试验测试，热像仪整机的高温光轴偏移量由0.461 mrad减小到0.340 mrad，下降了26.2%，低温光轴偏移量由0.485 mrad减小到0.296 mrad，下降了39.0%，证明了仿真与拓扑优化模型的可行性与有效性，为后续红外热像仪整机的轻量化设计与性能提升奠定了基础。

金属卤化物钙钛矿量子点因其具有高光致发光量子产率、高色纯度、带隙可调等优良的光学性能，具备成为下一代发光显示材料的潜力。目前，红绿钙钛矿量子点发光二极管（PQLED）的电致发光效率已经达到有机发光二极管（OLED）的水平。然而，有机长链配体阻碍了电荷的传输，导致钙钛矿量子点发光二极管在最大外量子效率（EQE）下的亮度较低。为了实现钙钛矿量子点发光二极管在最大EQE下仍然具有较高的发光亮度，我们用无机配体CaBr₂部分替换有机长链配体，强化PQLED中的载流子传输，并提升电致发光的载流子注入。同有机长链配体和有机短链配体相比，无机配体能够减缓有机链存在所造成的电绝缘性，改善QDs电导性，进一步增强QDs的发光特性。基于这种策略，我们实现了在3 753 cd/m² 高亮度下峰值EQE为10.57%的钙钛矿量子点发光二极管。在6.6 V的工作电压下，PQLED的最大亮度高达116 612 cd/m²。

随着红外技术的快速发展，SWaP-C （尺寸小、质量轻、功耗低、成本低）概念已深入红外热像仪整机设计全过程。在非制冷连续变焦红外热像仪设计中，相对已模块化的非制冷探测器与成像电路、光学系统影响整机包络尺寸、产品质量及价格成本，因此设计一款总长短、质量轻、成本低、性能高的非制冷长波红外连续变焦光学系统将具有广阔的市场前景。非制冷长波红外连续变焦光学因相对孔径大、光学材料种类少等因素存在系统小型化和无热化设计难题，通过采用变F#设计方法约束物镜尺寸；利用三组联动变焦技术平衡像差、压缩系统总长；通过主动补偿的消热差技术使得系统在−40~+60 ℃温度范围成像质量良好，实现四片透镜构成的非制冷长波红外连续变焦光学系统设计。该系统工作波段为8~12 μm，焦距变化范围为20.7~126 mm，对应F#为1.05~1.2，视场变化范围为21°×16.8°~3.5°×2.8°，变倍比为6.0×，最大物镜直径116 mm，光学系统总长180 mm，光学零件总质量418 g。该光学系统具有轻小型、高性能、低成本等SWaP-C特征，将在无人装备平台及手持热像仪设备中得到广泛应用。

离轴四反系统是顺应多光合一机载观瞄系统未来发展的光机核心部件。该类型系统容易受到视场外部强杂散光的影响，系统杂散光的点源透射率（PST）一般要求不大于10⁻⁴量级，因此，对系统PST进行全方位扫描计算是分析和抑制其杂散光的关键。针对系统的非对称性，将PST作为随杂散光入射空间水平角和垂直角变化的二维函数，用以评价外部杂散光的影响，同时建立了水平角、垂直角与光机建模所需绕坐标轴旋转的过程量的对应转换关系，编制了仿真控制程序，通过调用LightTools软件实现杂散光的自动追迹和PST的二维扫描计算。对多光合一离轴四反系统，计算了整个入射半球空间内、所有方向的杂散光对应的PST分布情况，从而筛选出对机载观瞄应用影响较大的三路杂散光，寻找到其传输的路径和关键表面。基于此，设计了内部遮光罩和挡光环，优化系统内部的杂散光陷阱结构，使得系统的PST峰值由原来10⁻¹量级降低至10⁻⁴量级，在规避角范围以外小于10⁻⁷，可满足机载光电观瞄系统的使用要求。为离轴四反系统杂散光分析及抑制提供了依据。