应用严格耦合波分析方法(RCWA), 在本征硅片衬底表面设计并制作了一种圆柱形抗反射微结构元件。通过MATLAB软件模拟仿真确定其最优参数组合, 使反射率设计值为3%。应用二元曝光技术和反应离子刻蚀技术制作了单面和双面的圆柱形微结构, 根据结果得到射频功率、气体流量及工作气压对微结构侧壁陡直度及形貌具有很大影响。还分析比较了形状(t为实际柱顶面直径与底面直径之比)与反射率的关系。采用热场发射扫描电子显微镜对该结构进行形貌表征, 综合显微成像红外光谱仪对反射率进行测量。实验结果: 制作了单面、双面微结构与无结构本征硅片反射率做比较双面圆柱形微结构的抗反射效果最好, 反射率达8%左右, 基本达到抗反射设计要求。

采用严格耦合波分析方法研究了长波红外波段锗基底的圆柱形周期阵列仿生蛾眼抗反射微结构的衍射特性，并进行理论分析和模拟仿真验证。重点分析了周期、深度、占空比和整体面型轮廓等参数对微结构抗反射特性的影响，得出具有较好抗反射效果的结构组合参数。采用二元曝光技术和反应离子刻蚀技术在锗基底上制备该亚波长周期微结构。通过热场发射扫描电子显微镜对微结构表面形貌进行表征，并应用红外成像光谱仪在长波红外波段分别对双面抛光锗片、单面微结构和双面微结构进行测试对比，结果显示在8~12 μm范围内双面微结构的反射率小于8%，基本达到设计要求。

传统激光雷达系统中，固态激光光源的重复频率和扫描系统的扫描带宽、精度均制约着系统成像。为提高激光雷达的成像精度，首先，在激光光源上采用经EDFA放大后的DFB高重频激光光源。其次，提出了一种PZT与振镜相结合的两级复合式激光扫描方法，利用PZT对小视场范围进行精细扫描，利用振镜对PZT的扫描视场和接收视场进行偏转完成粗扫描，在提高激光雷达扫描精度的同时拥有较大的扫描视场。最后，经试验所设计的复合式扫描激光雷达的方位角为±99 mrad，俯仰角为±49.5 mrad，角分辨率达到0.1 mrad，测距精度达到0.159 m。

传统哈特曼-夏克传感器主要受微透镜尺寸与微透镜数量的限制，对待测波前采样不足，影响对波前的探测精度。通过对哈特曼-夏克传感器波前重构原理和双光楔微扫描原理进行分析讨论，提出了一种在哈特曼-夏克传感器之前加入双光楔微扫描结构的检测方法，弥补了传统哈特曼-夏克传感器对待测波前采样不足的缺点。利用Zemax和Lighttools软件模拟了加入双光楔微扫描结构哈特曼-夏克传感器的光斑分布情况。微扫描图像重建算法与波前重构算法结合给出原理性验证，对所模拟后大像差光学系统波前复原精度提高了53.53%，该方法可以有效提高哈特曼-夏克传感器对波前探测的精度。

为改善传统哈特曼-夏克波前传感器对待测波前采样不足的缺点, 对哈特曼-夏克波前传感器和微扫描进行了分析, 提出一种提高哈特曼-夏克波前传感器采样率的透镜式微扫描方法。通过在微透镜阵列之前加入由PZT驱动的透镜扫描装置, 对CCD采集的光斑分布情况进行高分辨率微扫描图像重建, 通过对重建后的光斑分布进行波前重构, 提高了哈特曼波前传感器对待测波前的采样率。通过对比实验验证, 波前复原精度提高了41%, 可以有效提高哈特曼传感器对波前探测的精度。

由于红外搜索跟踪系统(IRST)探测距离长，伪装性良好和错误率低等特点，因此成为了空中及海上最好的探测装备。针对红外与搜索跟踪系统对多谱段的需求,设计了红外搜索跟踪双波段共孔径光学系统。具有优于单波段获取信息弱的优势，将中波红外图像和长波红外图像融合到一起，综合利用了中波红外和长波红外各自优点，提高了有效侦察率、降低虚警率。系统总焦距为400 mm，F#=2，视场角为2°，采用分光型RC系统实现3~5 μm和8~12 μm双波段共孔径清晰成像，为了抑制中波的热辐射杂光，对中波系统实现了二次成像。设计结果表明，系统像质优良，满足红外搜索跟踪系统的使用要求。

针对红外搜索跟踪系统对目标的探测，为提高光学系统在复杂背景下的探测能力，设计了双色红外共口径光学系统。系统工作波段为红外中波3 μm~5 μm和红外长波8 μm~12 μm，采用分光型RC系统实现双波段共孔径清晰成像，总焦距为400 mm，相对孔径D/f′=1/2，全视场角为2°，为了抑制中波的热辐射杂光，对中波系统实现了二次成像，通过红外材料与光焦度的合理分配实现了折反式被动消热差设计。设计结果表明，系统在-40℃～+60℃工作温度下像质优良，能够满足红外搜索跟踪系统的使用需求。