本文提出利用离轴抛物镜共焦中继系统来改善双光子成像视场边缘像质变差的问题, 进而提升双光子成像视场。不同于传统的双胶合透镜扫描中继系统, 离轴抛物镜共焦扫描中继系统由一对离轴抛物镜构成, 扫描振镜位于抛物面镜焦点处。仿真和试验结果均显示, 该系统能有效优化视场边缘的像散、场曲和畸变情况, 提高成像质量。利用该扫描系统, 我们实现了视场为2.4 mm×2.4 mm, 横向分辨率为1 μm的大视场双光子显微成像, 能清晰分辨小鼠大脑切片中的神经轴突结构。

为满足红外瞄具零位走动量数字化、高精度的检测需求，设计了基于电荷耦合器件(CCD)机器视觉技术的红外瞄具零位走动量检测系统。提出一种新的零位走动量检测模型，依据检测系统的技术指标及要求，设计了离轴抛物面反射式准直光学系统及针孔靶。为减小由相机倾斜引入的测量误差，建立了相机姿态自适应校正模型，并首次将其应用于零位走动量测量中。设计了图像判读软件，采用重心法对靶标中的圆斑中心进行定位，利用泽尼克矩的旋转不变性，对边缘像素点进行细分。成功研制了一台样机，加工装调后进行了测试实验，结果表明，系统的不确定度优于0.02 mil，能有效避免由相机倾斜引入的测量误差，满足红外瞄具零位走动量数字化、高精度测试要求。

在极紫外波段对太阳进行超光谱成像观测是研究太阳上层大气， 日冕中等离子物理特性的重要手段。 依据太阳极紫外成像光谱仪的应用， 结合国内外极紫外成像光谱仪发展现状， 制定了太阳极紫外成像光谱仪的性能指标。 通过比较各种光学结构的优缺点， 选择望远镜与光谱仪组合的结构。 讨论并选择了可用的基本元器件， 望远系统采用离轴抛物面反射镜， 分光器件为高密度超环面等间距光栅。 设计出符合指标的光学系统。 最后给出了太阳极紫外成像光谱仪的设计过程、 详细参数与结果。 光学系统的工作波段为17.0～21.0 nm， 视场是1 228″×1 024″， 空间分辨率达到0.8 arcsec·pixel-1， 光谱分辨率约为0.001 98 nm·pixel-1， 系统总长度约为2.8 m。

在利用地基大口径光学望远镜进行天文观测时，液晶自适应光学成像技术已经被应用于校正大气湍流所引起的波前像差。应用Zemax软件和尽量少的光学元件，设计出了与1 200 mm望远镜匹配的紧凑型闭环液晶自适应光学系统。针对本套闭环自适应光学系统自身的特殊要求，制定了具体的公差原则，并应用Zemax软件进行了公差分析，结果表明，本套闭环液晶自适应光学系统具备较宽松的公差条件，可以实现较容易的加工和装调。对该紧凑型闭环液晶自适应光学系统与1 200 mm望远镜对接匹配后的性能进行了相应的评价：自适应光学系统与1 200 mm望远镜对接匹配后的组合焦距为19.13 m，F数为17.92，P-V值为0.122λ，RMS值为0.031λ，MTF曲线接近衍射极限，光学传递函数的模在33 lp/mm时可以达到0.5，而成像CCD的极限分辨率为31 lp/mm，充分地利用了CCD相机的分辨资源。

为验证液晶自适应光学成像技术校正大气湍流所引起的波前像差的有效性，提高光学系统的能量利用率，应用Zemax软件设计出了与1 200 mm望远镜匹配的开环液晶自适应光学系统。针对开环自适应光学系统探测光路和校正光路自身的特殊要求，制定了具体的公差原则，并应用Zemax软件进行了公差分析。分析表明，设计的自适应光学系统具备较宽松的公差条件，容易加工和装调。评价了该光学系统的成像性能，结果表明，设计的自适应光学系统的MTF曲线接近衍射极限，光学传递函数的模在50 lp/mm时可达到0.4，而成像CCD的极限分辨率为31 lp/mm，充分地利用了CCD相机的分辨资源。该自适应光学系统与1 200 mm望远镜对接匹配后的组合焦距为19.9 m，F数为16，PV值为0.031 4λ。

利用反射式光学系统对激光指示器的光轴进行了调校。提出了激光指示器及观瞄装置的光轴校正方案，并建立了调校装置。该装置由离轴抛物面反射镜、十字靶标、背景光源、图像采集装置及其它附件组成。对调校装置的测量精度进行了标定和计算。结果表明，该装置的测量精度可达到0．05mrad。利用该装置对激光指示器的光轴进行了调校，并给出了系统示意图和测试效果。