光轴一致性是衡量多传感器光电系统工作性能的重要指标，为了解决多传感器轴一致性检测系统工作波段范围较窄、系统灵活性较低的问题，本文结合光路切换和光热转换的思想，设计了一套宽光谱多传感器轴一致性检测系统。该系统采用卡塞格林反射式光学系统作为从可见光到长波红外范围内的接收和发射系统；通过步进电机的驱动，带动导轨上方反光镜位置移动，实现系统光路的切换；采用镀有硫化铜的锗玻璃，作为光热转换靶材，将短波长的光斑转换为热斑，采用长波红外探测器实现对各波段激光光斑图像采集。系统能够实现0.4~14 μm波段光谱范围的检测；对光学系统进行像质评价分析，可以得到系统在不同波段下由像差引起的弥散斑（Root mean square， RMS）直径均在9 μm以下，能量集中度较好；对系统检测精度进行分析，最大测量误差为0.1 mrad；通过导轨往返运动重复精度实验和系统测量准确度实验，对系统可靠性进行验证，结果表明检测系统满足仪表准确度1.5级的要求。该检测系统结构紧凑，适用波谱范围广，能够实现对多传感器光电设备的轴一致性检测。

为了满足半导体缺陷检测系统对成像系统高分辨的要求，依据系统的特点和设计指标，设计了一种近紫外-可见光大数值孔径折反式物镜。在近紫外-可见光波段对光学玻璃材料的色散特性进行分析，通过二级光谱理论计算，选择合适的玻璃材料，对光学系统的二级光谱进行了校正。该物镜使用11片球面透镜，结构紧凑。设计出一套光谱范围为360~520 nm、数值孔径为0.9、焦距为5.65 mm、视场大小为0.8 mm、工作距离为0.8 mm的物镜，采用无限远共轭折反式结构。设计结果表明：该物镜的MTF较好，全视场波像差小于0.09λ(λ=632.8 nm)，各种几何像差均得到了较好的校正，满足复消色差条件，并且结构简单，具有较长的工作距离，为实际的生产装配和应用提供了便利。

变焦光学系统不仅适用于照相、监控以及显微等日常生活中，还被广泛应用于航空航天及**建设等领域。随着应用范围的扩大，对其性能指标的要求也越来越多，该文设计了一款15 mm ~300 mm的宽光谱四组元连续变焦光学系统。该系统采用正组补偿结构实现了20^×的光学变焦，工作在450 nm~900 nm光谱范围，工作温度范围为?40 ℃~60 ℃；采用了18片球面玻璃镜片，总长160 mm，最大口径66 mm，长焦F数优于5，系统结构紧凑，满足小型化要求。系统在可见光波段，中心视场的调制传递函数（modulation transfer function, MTF）>0.4@145 lp/mm，全视场MTF>0.2@145 lp/mm；在近红外波段，中心视场MTF>0.45@60 lp/mm，全视场MTF>0.2@60 lp/mm。从设计结果可以看出，该设计满足高性能指标要求，对于宽光谱、大变倍比、小型化的变焦光学系统设计具有一定的参考意义。

宽谱响应光电探测器在图像传感和光通信等领域应用前景广阔。金属微纳结构通过激发表面等离激元共振效应可高效产生热载流子，将它们与宽带隙半导体构成异质结构，便可利用热载流子开发出低成本宽谱响应光电探测器。研究设计了一种基于Au/TiO₂复合纳米结构的热电子光电探测器。其中TiO₂层经退火后形成尺度约为百纳米的凹凸结构，Au纳米颗粒层与用作电极的保形Au膜共同组成了激发表面等离激元共振的纳米结构。由于Au/TiO₂复合纳米结构的协同作用，该器件在400~900 nm范围内具有宽谱光吸收性能，器件的平均光吸收效率为33.84%。在此基础上，该器件能够探测TiO₂本征吸收波段以外的入射光子。例如，在600 nm波长处，器件的响应率为9.67 μA/W，线性动态范围为60 dB，器件的上升/下降响应速度分别为1.6 ms和1.5 ms。此外，利用有限元法进行了仿真计算，通过电场分布图验证了Au/TiO₂复合纳米结构中所激发的丰富表面等离激元共振效应是其实现宽谱高效探测的原因所在。

紫外探测技术已广泛应用于人类生产生活的各个方面，宽谱段紫外成像仪系统的研究具有重要意义。本文通过推导色差理论公式，提出了单一透镜材料的宽谱段紫外成像仪光学系统色差校正方案。结合高灵敏度大动态紫外成像探测器的性能指标要求，设计了仅一种透镜材料且所有透镜均为球面的210~400 nm宽谱段紫外成像仪光学系统，并运用光学设计软件CODE V进行系统优化及像质评价。结果表明：在奈奎斯特频率40 lp/mm下，全视场全波段系统的调制传递函数优于0.6，系统点列图RMS<7.8 μm，具有良好的成像质量。该系统不含非球面等光学元件，不仅易于加工装调，而且降低了研制成本，该方法将为宽谱段紫外成像光谱仪的设计奠定技术基础。

为了获得红外低折射率材料的光学常数，采用电子束热蒸发技术在多光谱硫化锌基底上以不同的基底温度分别制备了单层氟化钇(YF₃)和氟化镱(YbF₃)薄膜。通过分光光度计和傅里叶变换红外光谱仪分别测试其在可见至远红外波段的透射率光谱曲线，使用包络法和色散模型拟合相结合的方法对其在可见至红外波段的光学常数进行了反演，得到了其在0.4~14 μm波段内的折射率与消光系数。采用椭偏测试结果验证了YF₃和YbF₃薄膜在0.4~1.6 μm波段内的光学常数正确性；将拟合得到的光学常数代入TFCalc 膜系设计软件，计算得到的单层薄膜的透射率光谱曲线与实测的光谱曲线吻合较好。实验结果表明，该方法获得的在超宽光谱0.4~14 μm范围内的光学常数准确、可靠。

光学薄膜元件的面形偏差会导致高精度激光系统中传输光束发生波前畸变，严重影响光学设备的性能。传统的面形偏差控制技术是采用双面镀膜，但需要反复抛光基片以获得高精度面形，这会大大增加研制成本，限制该方法的使用。文中基于离子束溅射沉积技术，采用薄膜应力形变模型预测镀膜后面形变化情况，然后对待镀元件的镀膜面预加工出与变形方向相反的面形，来补偿镀膜后膜层应力造成的薄膜元件变形，最后在预加工好的基片上制备超低面形的宽带高反膜，实现了在550~750 nm的工作波长下反射率R≥99.5%，面形PV≤0.15λ@632.8 nm。此项技术是通过标定薄膜材料的力学参数，预测在相同工艺条件下任意多层膜的面形变化，实现在超宽光谱设计的同时引入力学同步设计，制备出满足光、力双重指标的高质量光学薄膜。