Compressing all the energy of a laser pulse into a spatiotemporal focal cube edged by the laser center wavelength will realize the highest intensity of an ultra-intense ultrashort laser, which is called the λ³ regime or the λ³ laser. Herein, we introduced a rotational hyperbolic mirror—an important rotational conic section mirror with two foci—that is used as a secondary focusing mirror after a rotational parabolic mirror to reduce the focal spot size from several wavelengths to a single wavelength by significantly increasing the focusing angular aperture. Compared with the rotational ellipsoidal mirror, the first focal spot with a high intensity, as well as some unwanted strong-field effects, is avoided. The optimal focusing condition of this method is presented and the enhanced tight focusing for a femtosecond petawatt laser and the λ³ laser is numerically simulated, which can enhance the focused intensities of ultra-intense ultrashort lasers for laser physics.

离轴反射系统设计的关键环节是确定适用初始结构并进行优化，一般从同轴结构或者专利库中寻找相似的结构开始优化，这往往需要耗费大量的时间。以Seidel像差理论为依据，研究了一种获取离轴四反系统初始结构的设计方法。在设计之初引入视场偏置，通过追迹近轴光线给出五种单色像差的初级Seidel像差表示。以Seidel像差绝对值最小化作为目标函数，同时加入对光学和系统结构上的限制条件构建含有约束条件的单目标非线性优化模型，并通过粒子群优化算法进行求解。在此基础上，通过MATLAB调用CODE V API接口，判断此视场偏置情况下是否满足无遮拦的条件，并从中挑选出满足条件的初始结构。设计了一款焦距为1 200 mm，视场1.2°×20°，F数为6的离轴四反光学系统，系统结构布局紧凑，成像质量良好，各项指标均满足设计要求。

综合多视点周视系统和单视点折反射周视系统的优势，充分利用前者空间分辨力高和后者无需拼接直接成像的优点，提出了一种分孔径、单视点的非全对称五面镜折反射红外周视系统方案，构建了单视点约束的非全对称五面镜结构设计流程。针对车辆驾驶应用中前方/左右侧、后方对行人探测距离要求的不同(分别为200 m和145 m)，使用三套焦距5.8 mm和两套焦距4.1 mm的红外成像组件，构成前方、左、右侧均为64°视场、后方为两个84°视场的非全对称五面镜折反射红外周视原型系统，实现对水平360°、俯仰±29°视场的无遮挡、无缝、无盲区红外成像，提供全方位、大俯仰的车载实时周视红外图像，可用于智能交通、自动驾驶、**侦察等军民用领域。

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。

为了精确测量与修正大口径望远镜主次镜弯沉，从而保证成像质量及指向精度，从大口径望远镜自身结构特点出发，分析了主次镜位姿变化的影响因素，提出了一种基于内调焦光管的光学测量方法。对主次镜间距5.5 m的某望远镜进行测量，测得水平方向径向偏移最大为196 μm，垂直方向径向偏移最大为16 μm，水平方向角度偏转最大为2.6″，垂直方向角度偏转最大为12.8″。最后对该方法的测量不确定度进行分析，测量径向偏移的合成标准不确定度为9 μm，测量角度偏转的合成标准不确定度为0.65″，满足大口径望远镜光学系统的对准精度要求。