I årene 1827 til 1832 samarbeidet han med optiker George Dollond, noe som resulterte i at Barlow konstruerte en akromatisk linse som benyttet flytende karbondisulfid. Akromatiske linser var et viktig optisk element for å kunne konstruere forbedrede teleskoper. I 1833 kontruerte Barlow en akromatisk dobbellinse av sammensatt flintglass og kronglass. En videreutvikling av denne typen linse, kalt en «Barlow-linse», er mye brukt i moderne astronomi og fotografi som et optisk element for å forringe aberrasjon og øke forstørrelsen.