红外成像系统的发展离不开光学材料的进步和探测器精度的不断提高。随着单核单波段红外探测逼近成像极限,具备多波段、多视场的复合光学系统在航空航天和国防等领域逐渐获得了更多关注。双色探测器和宽光谱透红外材料的出现,使红外复合探测系统的轻型化成为可能。红外双波段变倍消热差光学系统综合了对双波段探测、双视场搜寻以及追踪的应用需求,同时满足了在不同温度条件下消热差的需求,保证提高系统的识别速度、识别能力的同时可在温差较大的环境下稳定工作。一体共光路的光学结构和光学被动的无热优化方案可有效降低光电载荷的重量,减小设备尺寸,对航空光学仪器的发展具有重要意义。针对红外双波段变倍系统的无热化设计,本文提出采用一体共光路的光学方案,建立二次成像结构,双视场变倍位于前置光路,采用切换式结构。初始系统光路经2次折转优化,建立基于温度的多重结构,并实施双波段双视场的无热化设计,得到系统在-40℃至60℃均能达到成像指标。论文的主要研究内容如下:(1)介绍了红外双波段变倍光学系统的发展历史、研究背景和意义,调研了国内外相关研究案例,比较其优势和不足。总结了红外材料的关键特性,分析了温度对光学介质的折射率、曲率、介质厚度、镜片间隔、非球面系数等参数的影响机理。(2)分析了成像光学系统的结构类型,比较了分口径、共口径以及一体共光路三种双波段探测方案之间的优劣,介绍了移动式、切换式两种变倍方式的变倍原理,并分析其适用场景。在此基础上提出了一种采用一体共光路、快速切换变倍的红外双波段变倍光学系统的设计方案,并推导出系统初始结构的光焦度分配,初步建立系统光学模型。(3)依据光学被动无热化的基本理论,建立了几种光学结构无热化方程的数学模型,依据解的形式建立无热T-C图,指导无热化光学系统的结构优化,并建立了基于双波段的密接无热化模型,给出了材料选择方案和光焦度分配数值。(4)利用光学设计软件Code-V,建立了初始光学系统的仿真优化环境,建立不同视场时光学系统在不同温度状态下的多重结构,并统一优化使其在-40℃~60℃均能保持焦长稳定、像质理想。对最终优化所得光学系统进行模拟光线追迹,针对红外制冷型光学系统易产生冷反射和鬼像的光学表面,进一步优化调整,抑制了杂散光的产生。分析了所建立系统的成像能力和变倍切换组的光轴精度,其结果满足使用要求。