针对空间成像系统与激光通信天线同时需要大口径光学系统而使卫星载荷质量增大的问题，提出了一种成像光学系统与收发合一激光通信天线共口径工作的新型光学系统。从像差理论出发，给出了以主次反射镜为共用部分、成像和通信工作在不同视场的共口径光学系统初始结构设计方法。实际设计了共口径光学系统，该系统口径为600 mm，次镜遮拦比为0.225，成像系统的传递函数在50 lp/mm时大于0.47，接近衍射极限；发射分系统波像差远小于λ/20，发射激光的最小束散角可达4 μrad，出射光斑质量良好；接收系统达到衍射极限，光斑远小于探测端面，满足探测要求。最后,进行了公差分析，给出了光学系统的装调方法。该设计通过共用主次镜减少了系统总质量和总体积，同时满足空间成像和激光通信系统的性能要求。

根据惠更斯菲涅耳原理，推导得到多色完全空间相干光在杨氏双圆孔干涉远场的光谱分布表示式，并进行了详细的数值分析。结果表明，观察屏上与y轴成45°角的斜直线上光谱开关数目随双圆孔中心遮拦比的增大而减少，光谱开关间距趋于相等；而该斜直线上任一固定点处的光谱开关间距却随之不断缩小。分析计算还表明，在平行于双圆孔中心连线的x轴上的光谱分布与双圆孔中心遮拦比无关，光谱开关间距相等，改变圆孔半径大小可以控制x轴上的光谱开关数目。在与双圆孔中心连线垂直的y轴上，光谱分布与空间点的位置坐标、圆孔半径及双圆孔中心遮拦比均有关，随着中心遮拦比的增大，光谱开关间距趋于相等。

采用将环形光阑的窗口函数展开的傅里叶级数与复高斯函数的乘积的方法，推导出平面波经过含环形光阑光学系统的近似解析传输公式。利用该公式对光束通过含环形光阑的光学系统的传输进行了数值模拟，计算并分析了不同遮拦比下轴上光强分布和横向光强分布的特点。结果表明：轴上光强分布和横向光强分布与环形光阑的遮拦比有关。该研究方法和结果可推广到其他光阑，对控制光束和光学系统设计具有一定的参考价值。

从理论上研究部分相干光被一环形透镜聚焦,在焦点附近的轴上点的光强分布.研究结果表明,当部分相干光被一环形透镜聚焦时,最大聚焦光强不在几何焦点,而是位于透镜与几何焦点之间,出现焦移现象.并且,焦移量不仅依赖于透镜外半径的菲涅耳数,还依赖于部分相干光的空间相干度和中心拦截比.透镜的菲涅耳数越小,焦移越大;部分相干光的空间相干度越低,焦移越大.当菲涅耳数一定时,环形透镜的中心拦截比越大,焦移越大;当空间相干度很小时,情况就变得比较复杂.

用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分对有振幅调制和位相畸变的高功率激光束通过有中心遮拦透镜的聚焦特性作了详细研究,并对焦面处光束的可聚焦性进行了讨论。数值计算结果表明,功率(能量)集中度与光阑的遮拦比、光束截断参数以及振幅调制和位要畸变参数等有关。