现代光学系统越来越向着小型化、轻量化、结构简单化、高性能价格比的方向发展，一些特殊光学零件在这方面往往起到重要作用。随着非球面元件设计、加工、测试技术水平的提高，非球面光学镜片己逐渐成为光学系统中应用最广泛、最有效的元件之一。在光学系统中的适当位置恰到好处地引进非球面结构，可以有效地简化系统结构。随着社会的发展，光纤通信技术起着越来越重要的作用。而光纤通信中的入纤和传输损耗问题，也日益受到人们的重视。特别是半导体激光器单模光纤的耦合和光纤活动连接损耗。随着1310nm和1550nm低损耗的单模光纤的广泛使用，入纤光功率已成为限制进一步提高高速光纤网的中继距离的主要因素。而光纤的端面特性对光纤连接影响很大。因此，研究较高耦合效率的半导体激光单模光纤耦合系统和便携的光纤端面检测系统，具有重要意义。本文旨在将非球面透镜引入到光纤耦合和端面检测系统中。首先，根据在实际制造中，批量生产非球面模压透镜能降低成本的情况，采用市场上不同椭圆度的1310nm和1550nm激光二极管，使用分离单非球面透镜的方式，根据一定条件下，高斯光束束腰传播规律符合傍轴条件下的高斯物像的原理，对常用的单模光纤设计了成像耦合系统。并给出了系统的相关结构参数，评价了成像质量，给出了利用物理光学传播函数计算出的耦合效率，获得了比一般单透镜耦合系统高的耦合效率。然后，根据光纤端面检测需要设计了分辨率不同的两组球面透镜系统，并对应设计了非球面透镜系统。由于非球面的制造方法不同，在设计较高分辨率非球面透镜系统时，分别使用精密玻璃模压成型透镜和混合成型透镜对系统进行设计。针对在光纤端面检测中，有些位置不易检测需要使用弯接头的情况，设计了可以通用一般精度端面检测球面系统成像装置的长工作物距离球面透镜检测系统。给出了设计系统的结构参数，利用点列图和MTF曲线对系统的成像质量进行了评价。