透镜作为光学系统中的核心部件之一，其加工质量极大影响着光学系统的使用性能。其中，透镜中心厚度的偏差对整个光学系统成像质量的影响最大。现有的非接触式和接触式测量设备都存在着一些缺点，因此本文提出了一种口径自适应光学透镜中心厚度测量方法，并基于此方法设计和搭建了一套透镜中心厚度测量装置，进行了测量精度对比和重复性测量实验。结果表明，本文所研究的测量装置误差与产线上所使用的测量装置误差相当，满足对光学透镜的检测要求。本装置具有结构简单可靠、操作方便、测量精度高且可以节省光学透镜生产成本等优点，已在生产线得到应用。

在使用LED作为照明光源的过程中，光场作为LED应用中的关键因素，一般使用二次光学系统进行调控。但是二次光学系统一般设计复杂、体积大、重量重，随着LED光学封装系统朝着小型化方向发展，二次光学系统的应用将会变得困难。结合软件仿真和实验验证探索了用于单片集成发光二极管(MI-LED)的一次光学透镜的光场调控功能。研究结果表明，仿真和实验LED光源的光场几乎重合一致，所设计的一次透镜将LED光源的光束角从120°调控到48°～72°范围内。与未加一次透镜的LED光源相比，加一次透镜的LED光源具有更高的光提取效率和更均匀的空间光色分布。

红外热像仪可在全天候条件下实现目标识别，在安防、夜视辅助及红外测温系统等领域应用广泛，但红外热像仪成像质量和效果受制于ZnS红外光学镜头的品质和性能。文中采用自主研制的三温区梯度化学气相沉积（TTG-CVD）及退火热处理制备ZnS块体。采用X射线衍射表征出ZnS块体是立方闪锌矿结构，具有光学各向同性，可以满足后续在红外光学镜头中的设计需求。结合红外透过光谱获得ZnS块体在8~12 μm 长波红外波段的平均透过率达71.6%。ZnS块体在1.06 μm处的折射率均匀性为1.94×10⁻⁵。进一步采用光学冷加工和单点金刚石车削等工艺，制作出ZnS红外光学透镜和红外镜头。红外光学镜头在空间频率为20 lp/mm时，在半视场（0.5视场）和0.707视场的调制传递函数（MTF）接近衍射极限。红外成像系统在中心视场、0.707视场由像差引起的弥散斑均方根值（RMS）均小于像元尺寸20 μm，系统畸变小于1%，各项指标均达到实际使用要求。

光学镜头的残余偏振是影响偏振遥感探测、偏振**目标识别和精密光学测量仪器测量准确度的一个关键参数。针对大口径可见光波段光学镜头偏振度准确测量的问题，研制了一台光学镜头残余偏振度测量装置。该装置利用表面镀金属膜的大口径离轴抛物面反射镜作为准直光源，通过控制入射光的入射角、降低入射光源的残余偏振度等技术，在水平、垂直、45°、135°的方向获得了一致性很高的斯托克斯参量。为了验证该装置的性能，对可见光波段口径小于160 mm的光学镜头残余偏振进行了实际测量，测量结果表明，该测量装置的残余偏振度低于0.2%，可满足高精度光学镜头残余偏振的测量需要。

为了解决大视场巡天望远镜中大口径透镜支撑问题，提出了一种双级柔性支撑结构，既可以保证透镜位置精度和面形精度，又能够克服镜框结构弹性变形的影响。首先，详细阐述了大口径光学透镜支撑结构设计中的难点及所提出的双级柔性支撑结构方案，并详述了该支撑结构克服镜框弹性变形的机理和优势。然后，根据双级柔性支撑结构的组成部分以及结构特征，基于欧拉薄梁理论，推导了柔性支撑单元的结构力学模型。然后，假设透镜为刚体，根据在不同姿态下透镜的力平衡和柔性支撑单元的变形协调条件，推导了该柔性支撑结构的整体刚度模型，包括了轴向刚度、横向刚度以及转动刚度。最后，以640 mm口径实验透镜为例，采用数值仿真方法分别模拟了刚性支撑、单级柔性和双级柔性支撑情况下，镜框弹性变形对镜面面形精度的影响。在镜框弹性变形非常大的情况下，双级柔性支撑结构下的镜面面形精度由20 nm下降到50 nm仅下降了2.5倍。此外，利用Zygo干涉仪对实验透镜下表面干涉检测，最佳的面形精度为0.05λ，达到了加工状态，进一步验证了所提出的双级柔性支撑结构的优越性。