森林防火的关键是通过火灾实时监测系统有效预测森林各区域的火灾风险。通过分析无人机在森林防火中的应用，提出了一种基于无人机的森林火灾实时监测中波红外相机系统。该系统的焦距为75 mm，工作波段为37~48 m，F数为20，可匹配像元尺寸为12 m×12 m的1280×1024元制冷型中波红外焦平面阵列探测器。在光学设计中采用3种红外光学材料（硅、硒化锌和锗）的组合，并引入3个偶次非球面。通过优化设计实现了光学被动无热化功能。设计结果表明，在-60~100℃温度范围内，空间频率417 lp/mm处各视场的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)均大于或接近04，成像质量良好。这种中波红外系统的成像质量与分辨率高，视场范围大，具有宽温度范围的自适应性，结构紧凑且易装调，在森林防火领域有着广泛的应用前景。

针对传统变焦光学系统在环境温度变化的情况下,变焦全程无法一致清晰成像以及需频繁调焦的问题,提出了一种光学被动半无热化变焦系统设计方法,并设计了一种光学被动半无热化变焦系统。变焦系统的焦距为30~1000 mm,工作波段为486~656 nm,光圈为F_4.4~F₈,短焦采用光学被动无热化设计。变焦系统的成像质量良好,结构非常紧凑,在工作温度范围为-40~+60 ℃的情况下,只需长焦位置调焦一次,即可保证从长焦到短焦的变焦全程一致清晰成像,中间过程无需再调焦,且温度调焦量仅为-0.56~+0.82 mm,这验证了设计方法的正确性。采用本方法设计的变焦系统既克服了传统变焦系统在不同温度下需频繁调焦的问题,也极大减小了系统的温度调焦量,有利于快速调焦。

随环境温度变化红外镜头会产生热离焦现象, 一般定焦红外光学系统可通过多种红外材料组合或引入衍射面来实现光学被动式无热化设计, 而变焦红外光学系统大多是通过移动透镜组来实现机械主动式无热化设计。文中根据光学变焦原理和光学被动式无热化原理, 提出一种变焦光学被动式无热化设计方法, 并采用该方法设计了一种大相对孔径双视场无热化长波红外光学系统。该系统焦距为 25/50 mm(变倍比为 2:1), 工作波段为 8～12.m, F数为 0.9, 可匹配 640×512, 像元为 17.m×17.m的非制冷红外焦平面阵列探测器。光学设计中采用 3种红外光学材料(硫系玻璃 HWS6、硒化锌和锗)组合, 并引入 3个偶次非球面, 实现变焦无热化设计。设计结果表明: 该系统在宽温度范围内具有良好的成像效果和温度自适应性, 在空间频率 30 lp/mm处, －50℃～80℃温度范围内各视场 MTF均大于 0.3。该红外光学系统结构简单、工艺良好, 在红外车载领域有着广泛应用前景。

结合光学被动无热化和机械被动无热化各自优势，提出一种低成本、高质量混合被动无热化方法。针对焦距75 mm，F/1 的无热化镜头研制要求，分别利用光学被动无热化和混合被动无热化设计实现。对比发现，相较于传统的机械被动式无热化，混合无热化可减小补偿结构的体积和复杂性，从而有助于系统的小型化、轻量化；相较于光学被动无热化，在保证成像质量相当的情况下，可减小系统的体积和加工难度。从而证实，利用混合被动无热化技术可实现低成本、高质量的长波无热化镜头设计。

设计了一种用于长波非制冷红外和半主动激光复合导引的共口径折反式光学系统。为了减小反射式系统的零件加工和装调难度, 将卡塞格林系统次反射镜简化为平面反射镜, 主反射镜采用金属抛物面, 优化目镜组透镜尺寸, 避免光路内部遮挡, 利用反射式系统一次像面, 配合红外材料选取实现红外通道的光学被动消热差设计; 在平行光路中设置平板分光和激光窄带滤光片, 提高系统分光效率和透过率。设计结果表明: 红外通道特征频率35.7 lp/mm处MTF＞0.2, 激光线性区为2°, 满足系统指标要求。

介绍了双波段红外光学系统无热化设计的方法，设计了一个双波段无热化红外光学系统。该系统采用二次成像系统构成，利用Ge、ZnS和ZnSe三种材料及引入两个非球面，实现了双波段红外光学系统光学被动无热化设计。系统工作波段为3.7～4.8 μm和7.7～10.3 μm，结构紧凑，满足100%冷光阑效率要求。像质评定结果表明，光学系统双波段在全温度范围内（-60 ℃～70 ℃）像质良好，证明了该方法的正确性与可行性。

介绍了多重结构中波红外系统光学被动无热化设计的方法，设计了一个双视场无热化中波红外光学系统。该系统由变焦系统和二次成像系统构成，采用光学被动无热化技术设计，通过轴向移动一组（2个）光学元件实现系统变焦；采用硅、锗两种材料及引入两个非球面实现光学被动无热化设计。系统工作波段为4.5~5.1 μm，结构紧凑，满足100%冷光阑效率，像质评定结果表明，光学系统在全温度范围内（-60~70 ℃）双视场像质良好，证明了该方法的正确性与可行性。

设计了一个无热化双视场长波红外光学系统，工作波段7.7~9.7 μm。通过轴向移动一组透镜实现红外系统双视场设计，为了满足光学系统大温度范围工作的需求，采用光学被动无热化的设计方法，通过合理分配光学元件材料，利用不同材料的热差特性来消除整个光学系统的热离焦，实现了红外光学系统的无热化设计。像质评价结果表明，光学系统在全温度范围内（-60 ℃~+70 ℃）双视场成像质量好，接近衍射极限。

介绍光学被动无热化设计的原理，对二次成像系统进行热离焦分析，提出一种使物镜组和中继镜组无热化，从而实现二次成像系统无热化设计的方法。研究由三种材料4片透镜构成的镜组无热化的图解法并给出详细设计步骤。采用Ge 、ZnS 和CdTe三种常用的红外材料，设计一个长波二次成像光学系统。设计结果表明该系统在-60～70 ℃的温度范围内，具有良好的消热差、消色差性能。