提出利用对数型锥透镜的焦线特性解决球面复眼系统成像过程中球透镜离焦问题。设计锥透镜焦深范围满足复眼系统各个子眼通道成像。通过仿真分析，研究了对数型锥透镜的轴上与离轴成像特性；利用金刚石切削技术和翻模技术实现该锥透镜的批量制造。实验检测结果表明，锥透镜焦线范围内轴上成像光斑直径保持一致；离轴成像时产生的十字光斑，可以通过提取交叉点，确定复眼系统子眼通道离轴成像光斑中心位置。该设计方案可用于消除球透镜固有离焦发散现象，提高复眼中各子眼对其视场内各方向光线成像光斑中心的定位精度，有效改善复眼成像质量。

为了实现光学零件厚度的非接触测量, 设计了一种基于电光扫描的非接触测量方法。采用电扫描技术控制光开关, 形成半径依次减小的环状光束, 经过锥透镜后在光轴上形成连续移动的光点, 当光点瞄准待测光学零件表面时, 反射能量出现峰值, 即定位了待测零件的表面, 进而获得光学零件的几何厚度。建立了测量平板零件厚度和透镜中心厚度的数学模型;从理论上探讨了该方法的测量范围和测量精度。结果表明: 设定锥面镜口径为100mm, 材料折射率为1.52, 当锥面镜的锥角从1°变化到40°时, 测量动态范围可以从5507mm变化到26mm;当测量范围为26mm时, 测量精度可以达到2.5μm。该方法可基本满足目前光学零件中心厚度的测量需求。

设计了一种可产生长距离近似无衍射光束的新型光学元件凹锥透镜，该透镜是以轴线为中心将传统轴棱锥的底面磨削成凹球面。采用几何光学理论分析了其产生长距离近似无衍射光束的原理。推导了凹锥透镜的振幅透射率函数，并由衍射理论分析和模拟了平面波通过其后的光强分布特性。结果表明，相对于传统轴棱锥，选择合适曲率半径的凹锥透镜能够产生光束发散小、轴向光强分布均匀的长距离近似无衍射光束。以折射率n=1.51509，底角γ=10°，曲率半径R=75 mm的凹锥透镜为例，入射光束半径a=10 mm时可产生最大无衍射距离为Zmax=471.220 mm的近似无衍射光束，相同参数条件下的传统轴棱锥只能产生最大无衍射距离为Zmax=111.235 mm的近似无衍射光束，比较可知无衍射距离增大了359.985 mm。

提出一种用环形光束产生局域空心光的新方法，即用环形光束垂直入射锥透镜底面，沿光轴方向就会产生局域空心光。用几何光学分析模拟了环形光束产生的局域空心光的过程和传输方向上不同位置的截面光强分布，推导了局域空心光暗域的横向和径向大小的计算式，分析了影响局域空心光暗域的大小的因素，并给出相关的实验结果，实验与理论基本吻合。与双锥透镜、锥透镜透镜产生局域空心光相比，这种方法结构简单，元件容易加工，具有重要的应用价值。

提出一种可产生无衍射贝塞尔(Bessel)光束的新型光学元件--组合锥透镜,由正、负轴棱锥胶合在一起设计而成。其变换光束特性与单个正轴棱锥相同,等效底角由正、负轴棱锥底角之差决定,因此可通过较大底角的正、负轴棱锥组合得到更小角度的底角,以获得更长距离的无衍射光,解决了单个正轴棱锥小角度加工困难的技术问题。推导出组合锥透镜的ABCD传输矩阵,数值模拟平面波通过组合锥透镜后的光场为无衍射Bessel光束,并从几何光学角度用Zemax软件模拟组合锥透镜后的光场分布,与正轴棱锥后的光场进行了比较。研究结果为实现无衍射Bessel光束开辟一条新的途径。

自聚焦锥透镜与圆柱透镜相比较，有其特殊之处。柱透镜在近轴平行光入射时，光线的振幅、相位、周期保持不变，而锥透镜的三者均发生变化，而且求解锥透镜的光线方程也比圆柱透镜复杂得多。本文推导了一个锥透镜的光线方程。可据此设计经过锥透镜后的光源大小，这在微系统照明中非常有用。

提出一种基于倒锥透镜光纤端的新型塑料光纤连接器．为了增大光纤的数值孔径，降低光纤端面对于对准准确度的要求，连接器的光纤连接端面制成倒锥透镜形状．利用截断法对该类型连接器的光学特性进行了测试．1 m长光纤跳线总损耗有75．7%集中在5．4 dB～6．0 dB之间，连接损耗70．7%集中在2．1 dB～2．7 dB之间，同一组跳线插拔200次连接损耗有95%集中分布在2．2 dB～2．58 dB．实验结果表明：倒锥透镜型塑料光纤连接器可以满足“光纤入户”对连接器性能的要求．

倒锥透镜型光纤端系经过特殊技术加工而成。本文用二阶统计相关函数,采用单色相干光源,计算了倒锥透镜型光纤端的光场分布及其统计相关性质,并与平端的情况作了对比。在实验上,用He-Ne激光作为单色相干光源,对理论进行了验证。