为满足深海探测需求，实现深海中更高质量成像，设计了深海专用的连续变焦光学系统，该系统同时具备短焦大视场、高分辨率、高变倍比的特点。根据在深海中使用环境，考虑了深水压对光学窗口挤压变形造成的像质下降，对光学窗口进行光机集成分析，将面形变化结果以Zernike多项式的形式代入光学系统中进行优化。对水下光学像差特点和变焦系统的设计方法进行研究后，光学系统采用机械式负组补偿变焦方式和像方远心设计方案。该系统工作距为5 m，变焦全程F数恒定为3.0，可实现全视场角5.7°~90°范围内可调，10倍连续光学变焦。变焦系统使用三片非球面，系统总长为260 mm。在208 lp/mm处，整个变焦区域内全视场的调制传递函数值均大于0.3，另外系统各变焦位置的最大畸变均小于3%。所提变焦系统结构紧凑，成像质量良好，变焦曲线平滑，可以满足实际应用的需要。

针对研制和集成完的直径为1 m的激光雷达望远镜, 介绍了望远镜主镜系统的结构设计, 并分析了主镜二级背板安装点匹配失调及主镜挠性支撑脚作用对主镜面形的影响。通过建立主镜系统的有限元模型开展光机分析, 并对分析结果进行了处理, 使其能够与集成装校时的干涉测量波前图进行直接对比, 得出二级背板与光学基板安装点匹配失调是导致主镜形变过大的主要原因。针对此问题对望远镜主镜系统结构进行了改进, 通过有限元光机结构分析, 预计优化后的结构能够有效地减小匹配失调导致的主镜形变, 将使主镜均方根形变量从0.3λ降至0.097λ(λ=632.8 nm), 满足激光雷达要求的0.15λ面形要求。

光轴稳定性是决定红外光学系统探测能力的重要指标, 以往对光轴稳定性的校核过多地依赖装配和调试过程, 在设计阶段缺乏有效的考核手段。以某红外光学系统为研究对象, 提出了一种定位光轴敏感镜片和结构模态的方法, 基于LOS方程建立光轴偏移量与镜面刚体位移之间的多点约束(MPC)方程, 进而得到光轴随温度变化的偏移规律以及在随机振动载荷作用下的响应谱线。通过验证可知, 所提方法对复杂光学系统的光轴稳定性设计有重要的借鉴意义。

由于光学软件不能直接利用有限元分析的结果，而Zernike多项式的各项与光学像差有对应关系，因此常用Zernike多项式作为光机接口。针对目前常用轴向位移作为拟合量描述拟合面形的不足，给出了几种常用的表面位移校正方法并说明了其优缺点。用具体实例比较各校正位移，并对其进行Zernike多项式拟合，从拟合系数的差异可以看出，曲率比较大的表面必须采用校正位移进行拟合。最后指出：在不知道初始表面方程的情况下，轴向和法向校正位移均采用从初始表面出发的方法，如果已知初始表面方程，则轴向校正位移采用从变形表面出发的方法，法向校正位移仍采用从初始表面点出发进行计算。

Controlling the wavefront distortion introduced by mechanical mounting to raise the quality of output beam in inertial confinement fusion (ICF) facility must be considered in the structure design of the large aperture Nd:glass main amplifier. A novel method of data processing between the finite element deformation results and the surface distortion of optical element was presented and compared with the traditional method. The support system of large octagonal Nd:glass is optimized with integrated optomechanical analysis method based on the new data processing interface. The transmission wavefront distortion introduced by optimal support system is less than tenth wavelength and the correlation between the wavefront distortion and the design parameters variation is little.

控制由机械装夹方式所引入的波前畸变以提高惯性约束聚变(ICF)输出光束的质量，是在大口径钕玻璃片主放大器结构设计中必须考虑的。提出了一种新的有限元变形结果与光学元件面形畸变之间的数据处理方式，并与传统方式进行了对比。基于新的数据处理接口，利用光机集成分析方法对大口径八边形钕玻璃片的支撑系统结构设计参数进行优化。优化的结果保证了由支撑系统引起的透过波前畸变小于十分之一波长，同时波前畸变与设计参数变动的相关性最小。