根据高层大气遥感的应用要求，设计了一个全反射式的远紫外高光谱成像仪光学系统，该系统由扫描镜、离轴抛物面望远镜和超环面光栅光谱仪组成。提出了一种凹面超环面光栅光谱仪像差校正方法，根据凹面光栅的几何像差理论求解初始结构参数，然后利用光学设计软件Zemax进行优化，完成了超环面光栅光谱仪的设计，在工作波段内，点列图半径的方均根均小于16 μm，实现了宽波段像差同时校正，满足光谱分辨率0.6 nm的指标要求，也证明了提出的像差校正方法是可行的。运用光学设计软件Zemax对远紫外高光谱成像仪光学系统进行了光线追迹，并对设计结果进行了分析，分析结果表明，各波长的光学传递函数均达到0.8以上，完全满足设计指标要求，且结构紧凑，适合空间遥感应用。

基于平场全息凹面光栅几何像差理论，分析了初级像差与高阶像差特别是球差对平场全息凹面光栅成像的作用。通过一个具体的设计，分别讨论宽波段光栅和窄波段光栅设计中校正球差与否对设计结果的影响。通过对光谱像大小和各种像差系数大小进行对比分析得出以下结论：宽波段平场全息凹面光栅像差较大，决定光谱像大小的主要是初级像差，球差的影响难以显现，在进行光栅设计时可以不考虑球差；窄波段光栅的离焦像差较小，球差的影响开始变得显著，此时在设计过程中考虑球差的校正能够进一步改善光栅的成像质量。

为了对KBA显微镜的分辨能力进行准确计算，对KBA显微镜的分辨力和影响因素进行了研究，分析了衍射效应、几何像差、面形误差和粗糙度等因素对分辨力的影响，以此为基础建立了KBA显微镜的分辨力计算模型，并模拟了KBA显微镜的分辨力与视场的关系。用KBA显微镜获得了2.5 keV能量的X射线成像结果，中心视场范围的分辨力约为6 μm。通过实验结果与模型模拟的对比，可得建立的模型对KBA显微镜分辨力与视场尺寸的关系的描述与实际测试的结果基本符合，并对不完善之处进行了分析。

为了方便快速地计算像差，采用MATLAB中GUI工具，从球面光路计算的向量公式出发，得到了一计算像差的程序界面，在程序界面输入各个相关参量，点击界面上各种像差菜单就能得到不同视场角在光瞳上不同入射点的各种像差，并可以计算系统的焦距和理想像面的像距以及给出像面的模糊程度(同一物点发出的不同方向光线的聚焦程度)的具体数值。结果表明，该软件程序语言简单，程序语句大大减少，占用机时少，运行结果正确。程序通过编译后可以脱离MATLAB运行环境独立运行。