目前海洋开发探测器中,水下照明装置成为必不可少的设备。在深海环境中,光在水中的传播按“指数”衰减,通常水下200米可见光的照度不足水面照度的0.01%,而在1000米以下的深海中,更是一片“漆黑”。为了辅助深海探测器搭载的相机拍摄清晰的图像,本文研究和设计了适用于深海的照明光学系统。由于深海对蓝绿光吸收小,为减少光线在传播过程中的能量衰减,本文选择了在蓝、绿谱段激发效率高的发光二极管（LED:light emitting diode）白光光源,并对该光源进行配光设计。基于非成像光学理论,首先在充分考虑深海光传输特性的基础上,建立包括接收面的光线传输模型,该模型整合了深海光传输特性、光源特性、接收面的性能,结合自由曲面设计理论对光源和目标面进行了划分;其次,根据设计方法,应用数值计算软件求解自由曲面离散点坐标,将离散点坐标导入建模软件中,得到自由曲面实体模型;最后,将自由曲面反射镜实体导入Light Tools中进行仿真模拟,并将其与LED光源进行组合,建立单个结构模型。根据照度要求,确立不同单元模型之间的最佳间距,建立自由曲面反射镜阵列。通过光学仿真软件的优化引擎对阵列间距进行多次优化,仿真结果显示,系统能量利用率达到83.7%,在目标面18m’12m的中心区域照度均匀度为83.3%。根据自由曲面反射镜阵列设计了深海照明系统的光机结构,进行了有限元应力分析,实现了深潜万米的设计要求。经过对实物元件的测试,系统的出光角度水平面为70°,垂直角度为45°,达到出光角度为67°’41°的设计要求。同时在目标面中心区域43°’43°的范围内,照度均匀度可达83%,可为深海相机提供一个良好的照明环境。