针对激光主动探测技术对光电设备的威胁, 提出了通过光敏面倾斜设计来改变激光回波偏转角, 从而提升系统反激光主动探测性能的方法。设计了一款光敏面倾斜为5°的中/长波双波段反激光探测光学系统, 利用自由曲面校正了光敏面倾斜引入的像差。所设计的系统工作波段为3~5 μm, 8~12 μm。视场角为±2.4°, F数为2。设计结果表明, 在奈奎斯特频率17 lp/mm处, 两个波段传递函数均高于0.38, 满足红外系统对成像质量的要求。通过反追光迹分析得出系统的被探测距离得到有效降低。

变形光学系统在X方向和Y方向有不同的焦距，物方视场的横纵比不再受探测器光接收面形状限制，可以在一个方向上扩大视场或提高目标分辨率而不影响另外一个方向。研究了无遮拦三反射镜变形光学系统的设计方法，利用Zernike像差分析方法分析变形系统的像差特点，使用具有双曲率的Biconic Zernike曲面作为反射面校正系统像差。设计了一个X方向焦距fx为100 mm，Y方向焦距fy为150 mm，F数为2，视场为3.3°×1.65°的致冷型中波红外光学系统。探测器的横纵比为43，物方视场横纵比为21。该系统全视场范围内的调制传递函数在奈奎斯特频率处(33 lp/mm)高于0.61。三个反射面及整个光学系统均关于YZ平面对称。设计结果表明，该系统能够改变物方视场的横纵比，增大了X方向的视场，结构紧凑，成像质量良好。

介绍了非球面各加工阶段的面形检测技术及其最新进展，重点介绍了非球面精密抛光期的面形检测技术，并对其中的非零位子孔径拼接干涉检测法和部分补偿法进行了详细阐述，提出了适用于大口径、深度非球面面形检测的组合干涉法的概念。概述了近年来受到关注的自由曲面非球面的发展和检测技术现状，展望了非球面检测技术的发展趋势。

二维 SMS(多表面同时设计法 )设计能实现旋转对称的照明目标，但不能实现像矩形光斑配光要求的非旋转对称的照明目标，为此介绍了一种优化 LED照明的自由曲面透镜三维 SMS设计方法。通过研究三维 SMS方法的设计过程，详细分析了三维初始曲线的选取对于设计效果的影响：可以通过初始曲线的选取来使整个系统具有不同的性质，实现不同的设计要求。通过一个实例设计对三维 SMS方法进行说明，并且通过改变种子肋的选取来得到所需要的矩形照明光斑。结果表明：三维 SMS设计方法在实际 LED照明设计中光线的控制能力强，透镜结构紧凑、效率高，可实现特殊要求的非旋转对称照明目标。

针对复杂自由曲面零件激光再制造中在线示教加工路径存在的问题，进行了三维激光熔覆再制造修复路径的研究，提出了基于等距平行截面法的修复轨迹自动生成算法。利用任意等距平行截面与三角网格模型求交确定激光束扫描点位置；估算出三角网格中每个顶点法矢后，通过对交点所在边的两顶点法矢插值得到交点的法矢，确定了在加工点激光束的姿态。应用实例表明，该算法取得了良好的加工效果，能够达到实用化要求。