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。

为实现快速、柔性矩形光斑激光表面热处理，提出了一种基于空间非相干合束的10 kW矩形光斑激光合束器。同时入射该合束器的18束光纤传输的972 nm半导体激光束按照“交错式矩形”同轴排列。在构建18束激光总体热源数学模型基础上，对10 kW激光合束1 000 s时间内合束器中所有光学透镜的温度分布、热变形分布和热应力分布规律进行了有限元分析研究，结合实验测量验证了合束器长期工作的安全性和可靠性。连续运转1 000 s时，合束器输出的矩形合束激光的最大功率达到10.64 kW，功率不稳定性<±1.2％。研究结果可为超高功率激光空间合束系统的安全性和可靠性评估提供参考依据。

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。

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。