红外成像系统以其自身的优良特点，如被动工作方式，不被敌方电子干扰，隐蔽性好；图像直观、易于观察：精度高等，在警戒、侦察、地面防空和制导等军事领域得到了广泛应用，受到许多相关领域研究人员的关注。现在的红外系统绝大多数为单波段系统，如果系统使用区域不同、气候温度变化、目标伪装，那么单一波段获取的信息自然减弱。当目标本身的行为或操作导致辐射波段移动时，单波段系统可能探测不到目标或者探测准确度下降，甚至形成假信号。双波段系统由于工作波段宽，能获取更多的信息量，即使存在杂乱回波，仍能探测目标，并能使诸如施放烟雾、伪装之类的红外对抗措施失效。因此，研究双波段红外光学系统的设计无疑具有重大意义。 本文根据红外成像原理和双波段光学系统的特点开展研究，完成如下工作： (1)介绍了红外光学系统的研究基础，包括红外光学系统特点及设计原则、红外光学材料、红外辐射基本特性等。并讨论了实现100％冷光阑效率的几种途径以及光学加工的工艺问题。 (2)分析了双波段光学系统的常见结构形式以及设计中需考虑的问题。重点研究了双波段光学系统利用PW法计算初始参数的方法，并以平凸单透镜为例推导了非球面系数的求解过程。推导了双波段光学系统的消色差条件，分析了系统像差校正方法。并以此为基础，设计了一个双波段红外光学系统，计算了系统的结构参数以及初级像差值。 (3)从自动优化设计的原理出发，依靠光学设计软件的强大功能，尝试了另一种双波段光学系统的设计方法，即利用现有的专利数据作为初始结构，优化设计了一个基于制冷型探测器的双波段光学系统。该系统成像质量接近衍射极限，实现了100％冷光阑效率，且系统结构简单、设计成本低、易实现。