为提高星地激光通信地面接收端探测灵敏度和分辨能力，减少信标光捕获时间和难度，基于星地激光通信链路和设计方案，结合自适应光学（AO）技术，设计了一套500 mm口径的星地激光通信地面接收端系统。该系统采用库德光路、共口径分光探测形式，包含卡塞格林天线、倾斜镜精跟踪、AO超精跟踪、AO波前探测等4个单元。天线物镜组采用同轴卡塞格林结构，结合折射镜组构成开普勒望远结构，兼顾体积和长出瞳距的需求。在精跟踪倾斜镜和AO倾斜镜之间设计了4f系统，解决校正光轴时的瞳面漂移问题。在波前探测器和变形镜之间设计了双远心系统，构建两者共轭关系，降低波前探测的轴向误差影响。采用光学被动式方法对4个单元进行消热差设计，提高系统温度适应性。最终实验结果表明：在10 ℃~30 ℃范围内，各单元波像差均优于1/10λ（λ=632.8 nm），满足设计要求，具有一定借鉴价值和工程意义。

为解决传统柔性支撑中小口径空间反射镜组件热稳定性与结构刚度间的矛盾，提出了一种新型刚性支撑结构，并为某高分辨率空间相机研制了通光口径?214 mm的高精度次镜组件。采用“镜体-锥套-支撑筒-刚性基板”组合，通过延长、优化热应力在组件内部的传递路径实现了消热目的。刚性支撑次镜组件重2.6 kg、4 ℃均匀温升工况下面形变化均方根（RMS）仿真值为2.573 nm，装调重力工况下镜体倾角和位移分别为2.028″、0.566 μm，与传统柔性支撑方案相比具有突出的优势。实测次镜的面形精度RMS为0.0181λ（λ=632.8 nm），在16 ℃及24 ℃时次镜面形变化量不超过0.0025λ；组件基频达到502.1 Hz，在快速高低温循环及大量级振动后次镜面形基本维持不变；装配容差测试中，次镜在0.02 mm不平度的作用下仅发生微弱变形。刚性支撑结构可以显著提升中小口径反射镜工作性能，在遥感器光机结构研制领域内具有广阔的应用前景。

根据连续变焦理论模型, 编制连续变焦计算程序, 求得变焦系统初始解, 建立理想光学模型, 通过选材选型及迭代优化, 实现仅由 4片红外透镜及两片平面反射镜组成的中波红外连续变焦光学系统。该系统 F#为 4、工作波段为 3.7～4.8 .m、视场变化范围为 20°×16°～2.0°×1.6°、光学零件最大口径为 71 mm、零件总重 64 g, 系统包络为 172 mm×108 mm, 系统采用两个二元衍射面用于消色差, 通过材料合理配置及主动补偿实现系统消热差设计。该中波红外连续变焦光学系统重量轻、总长短、包络小, 在－40℃～＋60℃温度范围全视场成像质量良好。

针对非制冷热成像系统成像质量高、相对孔径大、质量轻、温度适应性广的要求，在对轻量化光学系统结构分析的基础上，根据光学被动补偿原理求解系统初始光焦度分配，利用二元衍射面异于红外材料的特性，设计了一种轻量化长波红外消热差光学系统。所设计系统焦距为50 mm，F数为1，适配长波（8~12 μm）红外非制冷探测器，其分辨率为640×512，像元大小为12 μm。光学系统包含3片透镜，总质量仅为67 g，在-40 ℃~60 ℃温度范围内，各视场调制传递函数（MTF）均接近衍射极限。环境温度实验结果表明，所设计系统消热差效果良好。

为避免透射式系统存在的色差问题, 采用离轴反射式光学系统, 在三镜后加分色片, 分别成像到中波探测器及长波探测器的焦面上, 实现对中波红外和长波红外两个谱段信息的同时成像。该一体化系统由 3个离轴反射镜和一个分色片构成, 为校正系统像差, 三镜采用 XY多项式曲面。采用二次成像结构形式, 具有 100%冷光阑效率。系统 F数为 2.67, 视场角 11.4°×1.8°, 工作波段为中波 3.55～3.93.m, 长波 10.3～12.5.m。中波红外系统 MTF平均值大于 0.5@25 lp/mm, 长波红外系统 MTF平均值大于 0.4@12.5 lp/mm, 采用光学被动式消热差法对光学系统进行温度补偿, 温度适应范围为－40℃～＋60℃。

红外变焦监视镜头的 F数与焦深相对较小，因此温度变化极易导致离焦现象，导致成像质量下降。本文针对火情监察红外变焦镜头在－40℃50℃范围内成像清晰的技术要求，采用有限元法分析温度变化下各光学镜片前后镜面的刚体位移与旋转量，将刚体位移导入至 Sigit光机集成分析软件中仿真出温度变化工况下镜头的离焦量，分析结果表明焦距值变量在－0.16＋0.4 mm之间，调焦量为 0.1080.188。针对上述情况，采用两个凸轮两套执行机构来分别控制变倍组和补偿组的移动，实现镜头的主动消热差保证温度变化下成像仍旧清晰。最终通过温度可靠性实验对镜头光学分辨率温度适应性的进行考核，实验结果表明在温度变化过程中空间分辨率均大于 30 lp/mm，变焦过程成像质量基本清晰。