在当代军事化光电对抗当中,光学设备普遍具有猫眼效应的特性,激光主动探测装置利用这一特性对其进行探测、识别、定位、打击。激光主动探测技术的快速发展,严重威胁到现有光学设备的生存空间。本文设计的猫眼隐身光学系统,不仅能保证我方探测系统的侦查能力,而且能保证我方的光学设备在复杂多变的探测环境中安全生存。本文以实现猫眼隐身为目的,首先研究了猫眼效应的原理,分别用衍射积分法、几何光学法和矩阵光学法分析了猫眼效应的回波特性及影响猫眼隐身的因素。然后提出了采用像面倾斜的方法来进行猫眼隐身光学系统的设计,并分析了像面倾斜的方法减弱猫眼效应的原理。依据三阶矢量像差理论,分析了光学系统的倾斜和偏心对于像差的影响,主要分析了像面倾斜对于5种单色像差的影响,为了校正像面倾斜带来的正负视场像差的不对称性,分析了自由曲面在成像光学系统中的应用,根据自由曲面的非旋转对称性,以及自由曲面对倾斜像差的影响,通过引入自由曲面来校正像面倾斜带来的倾斜像差。最后依据设计指标要求,进行猫眼隐身光学系统设计,分析了5种单色像差的校正问题,根据系统设计流程图进行系统设计。最终设计了一款像面倾斜4.5°的猫眼隐身光学系统,在系统第五片透镜引入自由曲面,并对其激光回波进行了分析。结果表明:像面倾斜4.5°的猫眼隐身光学系统,在整个视场范围内,系统成像质量良好。通过计算和仿真分析系统的激光回波可知:像面倾斜的角度越大,激光回波衰减越明显;对比分析相同探测距离下像面倾斜和不倾斜的激光回波可得:相同探测距离下,像面倾斜系统的激光回波明显小于像面不倾斜时的激光回波,随着探测距离的增大,像面倾斜系统的激光回波衰减十分明显,无法被探测到。像面倾斜的方法能够有效实现猫眼隐身。