面向甚高精度微型星敏感器在商业卫星以及中低轨资源勘探卫星的实际应用需求，开展了甚高精度微型星敏感器光学系统设计与验证研究。基于甚高精度微型星敏感器姿态测量精度要求，完成了光学系统技术指标论证工作，具体包括：根据材料透过率与折射率，给出了适用于轻小化镜头的工作波段；根据恒星像点的弥散特性，给出了适用于高精度质心提取的高斯半径；根据黑体辐射定律与探测器参数，给出了适用于提取6.5等星时所需通光口径；根据恒星色温与星等之间的关系，并结合蒙特卡洛方法，给出了最佳工作视场大小。基于光学系统指标论证方法，确定了光学系统设计参数，并依次实现了光路设计以及像质分析，结果表明：在−40~60 ℃工作温度区间内，其星点质心偏移不超过0.05 μm，且弥散斑尺寸变化量不大于1 μm。基于设计甚高精度微型星敏感器光学系统，开展了标定测试、外场观星以及耐辐射测试，结果表明：系统标定精度为0.6″，外场测量精度为1.5″(3σ)，外场测量下可探测极限星等为6.51等星，累计60 krad(Si)辐射下可探测极限星等为6.01等星，进一步验证了所设计光学系统的精度以及可靠性，可为甚高精度微型星敏感器的工程应用提供理论基础与技术支持。

全天时星敏感器作为星敏感器的一个发展分支，在飞机、热气球等近空间载体定姿定位方面有较好的应用前景，是GPS拒止条件下的可用导航手段。大视场全天时星敏感器相较于小视场全天时星敏感器在高精度轻小型化定姿定位方面具有较大的优势，针对近空间高度大视场全天时测星对光学系统的需求，对光学系统工作波长的选取进行了分析，利用消色差和消热差设计，实现了一种能够适应高低温环境的大视场、大相对孔径的透射式光学系统，并对像质进行了分析评价。系统工作波长为0.9~1.7 μm, F/#为1.4，焦距为70 mm，视场为18°，结构总长为105 mm。试验结果表明，该光学系统具有良好的像质，能够满足大视场星敏感器白天测星要求。

采用硅基二氧化硅材料，针对G.698.4标准，设计并制作了适用于5G前传的20通道循环型阵列波导光栅，通道间隔为100 GHz。相较于传统的周期性阵列波导光栅结构，采用的2×20 循环型阵列波导光栅结构可实现通道波长的严格对准，且插损均匀性更高。另外，采用指数型锥形波导取代矩形多模干涉结构以实现阵列波导光栅通带平坦化，减小因波导结构上的突变带来的损耗，且不带来光谱性能的恶化。通过机械补偿无热封装后，制备的20通道循环型阵列波导光栅模块损耗约为5.5 dB，在-40 ℃/25 ℃/80 ℃三温温度变化时，波长偏移量在-40 ~80 pm范围内。该无热模块具有小型化、低成本、大规模化生产的优势，可广泛应于5G前传网络。

变焦系统中，动组间相对位置的变化会导致各镜组的初级像差特性发生变化，环境温度的变化还会导致各焦距位置热差的改变，给无热化连续变焦系统的设计造成较大困难。针对该问题，从光学系统像差模型出发，将变焦系统像差分为定组像差、动组内像差和动组间像差三类，并结合变焦系统的消色差和消热差模型，讨论了无热化连续变焦光学系统的设计原则，及变焦系统设计中各组元的光焦度分配和材料选用方法，给出了一个宽波段连续变焦光学系统设计实例，该系统F数为5、焦距范围为8~120 mm、焦面对角线长6.2 mm、波长范围为0.48~0.68 μm和0.7~0.9 μm。所述系统仅采用了七种普通光学玻璃材料，透镜总数12组16片，总长仅90 mm，在−40~60 ℃范围内，变焦全程均具有较好的成像质量和公差特性。