基于离轴四反的方案设计，从同轴反射系统的理论出发，结合高倍率，低波前畸变，以及高杂散光抑制比等特点对天琴望远镜的原理系统进行了优化设计。实现了在捕获±200 μrad视场内系统百倍的压缩倍率，其入瞳直径300 mm，波前误差优于λ/80。提高三四镜之间光线转折角度进行杂散光抑制，在保证高质量波前的条件下，其三镜的偏角优化结果为5.5°，且三镜为平面镜的引入，降低了后期加工装调的难度。为了对原理系统的加工装调以及杂散光抑制能力进行验证，建立了该系统下0.5倍的缩比系统，实现了缩比系统的波前误差优于λ/175。经公差分析，原理系统有90%的累积概率其波前误差优于λ/40，满足引力波望远镜的指标要求。

星敏感器在轨工作期间周期性地受到以太阳光为主要来源的杂散光干扰，导致恒星或感知目标捕获失效，轻者姿态数据无效，重者面临被非合作目标定向攻击。在杂散光抑制过程中，遮光罩可将太阳光消减至10⁻⁵~10⁻⁶量级，从而有效减少太阳光对像面的污染。然而，在遮光罩研制过程中，因散射模型精度不高、挡光环刃口厚度无法有效测量，导致实际遮光罩消光性能达不到预期设计要求。文中在粗糙度为1.0 μm铝合金基材上测量Magic black消光涂层，并拟合出偏差小于10%的散射模型；针对挡光环刃口的特殊构造，提出利用同轴远心光路检测刃口厚度，检测精度优于1.2 μm；最后以遮光罩消光比定量测试以及外场杂散光观星测试考核遮光罩杂散光抑制性能。结果表明，用拟合后的BRDF散射模型，比朗伯散射体精度提升40%；刃口检测可保障遮光罩消光性能，使得遮光罩消光比理论仿真与实际测试偏差小于12%；暗室杂散光测试使得在24°太阳光入射时像面平均灰度为55.80；外场观星杂散光测试时精度变化量不超过0.5″。该星敏感器遮光罩检测方法可为其他光电类敏感器提供理论基础与技术支持。

星载多普勒差分干涉仪通过探测气辉光谱测量中高层大气风场，为降低低层大气背景辐射的影响，需要设计杂散光抑制结构。以基于500 km轨道高度的卫星平台对60~90 km高度的中层大气风场探测为例，选取典型气辉辐射强度与大气背景辐射，依据不同高度下大气背景辐射强度变化，结合光学系统参数设计遮光罩。仿真分析多普勒差分干涉仪系统内部产生杂散光的关键面，设计杂光抑制结构，并评估干涉仪非工作级次能量对成像造成的影响。点源透过率分析和像面照度仿真结果表明：水平方向和对角线方向上，视场外0.2°处点源透过率下降到10^-5以下，竖直方向上，视场外0.04°处点源透过率下降到10^-5以下；大气背景辐射和鬼像占像面总能量的1.35%。所提杂散光抑制方法满足星载多普勒差分干涉仪对杂散光抑制的技术要求。

建立了非共轴阵列照明下的眼底成像数学模型，采用照明光路与成像光路独立设计方法，提出了一种微小型眼底相机光学系统，以避免传统眼底相机中人眼角膜与网膜物镜反射杂光对视网膜图像的干扰.设计了6阵列环形光源照明光路系统，长度仅17.9 mm，实现眼底视网膜有效照明线视场不小于12 mm；成像光路系统采用二次成像设计，光学调制传递函数优于0.2@91 lp/mm，畸变小于5%，长度仅为75 mm.仿真与设计结果表明，该眼底相机光学系统有效抑制了光路中的杂散光，有利于获得高对比度视网膜图像.研究结果可为高像质、小型化以及低杂光眼底相机发展提供设计参考.

针对同轴两反射镜光学成像视场角受限、大视场角下成像对比度较低的问题，采用透镜组作为像差校正组，合理分配光学系统的光焦度及间距，来扩大两反射结构的成像视场角，提升相机全视场内的成像质量。以某一工程应用需要为例，设计并研制了焦距为750 mm、视场角2ω=3.45°、全视场平均传递函数在108 lp/mm处优于0.2的相机光学系统，且在未使用主镜筒外遮光罩的前提下，优化设计了次镜遮光罩以实现杂散光抑制。采用TracePro软件进行相机杂散光环境建模仿真，结果表明：在非成像视场角内的杂散光点源透过率（PST）的量值范围为10^?3~10^?6。系统满足传统地面目标探测成像要求，验证了紧凑型大视场折反射光学杂散光抑制结构的可行性，并为商用同轴折反射光学系统设计及优化提供了一定的参考。