高精度光学系统中介质的非均匀性往往会影响到系统的成像质量等性能。随着技术的发展，对光学系统的性能要求越来越高，那么系统中介质的非均匀性就成为了影响其性能的重要因素。在光学测量、半导体光刻、航空测绘等领域中使用到的光学系统都会遇到非均匀介质的问题，所以研究光学系统中的非均匀介质对提高系统的性能有着重要的意义。　　 本文利用多项式拟合、有限元等方法对非均匀介质的折射率场分布进行描述，然后使用光线光学的方法模拟仿真出光线在非均匀介质中的传播情况，从而获得光学系统的传递函数、波像差等评价系统成像质量的参数。　　 在对实际光学系统进行研究时，本文模拟出根据毛坯材料的折射率分布选择不同的部位加工而成的透镜对光学系统成像质量的影响;光学系统在装配调校时，含有非均匀介质的透镜绕着光轴旋转的角度对系统成像质量的影响。本文使用阻尼最小二乘法等优化算法对光学系统的成像质量进行优化，从而达到提高系统性能的目的。