利用条纹泽尼克系数与赛德尔像差的关系,在三反镜光学系统的出瞳面上,用条纹泽尼克系数来表示系统的波像差.通过光学设计软件Zemax计算得到三反镜光学系统各镜的装调公差,以公差要求高的镜面作为装调基面,从而减少要调整的自由度.通过分析泽尼克(Zernike)系数在公差范围内的变化幅度来确定光学系统在出瞳面上各个像差的变化幅度,用该幅度的变化量来决定主次三镜各自由度在各个方向上的敏感度,最终确定各个自由度的优化调整级别.对一大口径无遮拦离轴三反镜光学系统进行了装调,在波长λ=632.8nm的条件下进行了检测.结果表明:整个光学系统全视场波前误差的均方根值RMS=0.108λ.

根据五棱镜扫描测试技术建立了大口径平面镜面形测试系统。对测试系统结构的设计与组成进行了阐述，分析了在实现大口径轮廓扫描时，主要影响测试精度的因素和影响形式；通过计算给出了五棱镜制造误差与扫描机构导向误差对角度测试的综合影响趋势，得出了轮廓测试过程中法线角度改变量测试误差主要受导轨精度影响的结论。在导轨导向精度设计为俯仰与偏摆角10”、滚动偏角20”时，系统测试光线角度变化量在扫描方向上最大为0．000969694”，可满足测试要求（系统测角精度为0．02”）。通过计算机模拟，进行了多条带区域轮廓图拼接实验，与干涉图比对，验证了该系统的可行性。

介绍了以CCD探测器为图像载体的CCD相机整机系统的综合像质评价方法。通过成像理论建模,分别对光学系统、CCD器件及相机整机系统进行调制传递函数分析。利用CCD器件的“离散采样”特性不满足线性空间不变性的条件,确定调制传递函数的使用限制条件。给出了CCD相机整机系统的调制传递函数测试方案和测试条件,完成了实验室整系统“调制传递函数”的检测试验,并对检测结果进行分析与评价,实现了CCD相机整机系统的像质评价。

为了满足大口径光学系统各分立元件的高精度对心要求,设计制造了总装调对心干涉仪。介绍了仪器的工作原理及关键结构工艺,并对影响偏心测量的因素进行了讨论。仪器的测量精度同被测镜的曲率半径及两测量点的间距有关。当被测镜的曲率半径小于1.5 m、两测量点的间距为500 mm时,其偏心测量精度小于1μm,仪器的测量偏心角度的最小格值达0.12″。

采用400mm口径，12mm厚的球面反射镜进行了主动光学实验。实验镜支撑结构由背部12个主动支撑点和3个固定支撑点组成。主动支撑点用压电陶瓷促动器和压力传感器组成力促动器，用于控制实验镜面形；固定支撑点用于控制实验镜的定位。实验中通过干涉仪测试镜面面形。分别测量出反射镜在单独一个促动器施加单位作用力前后的镜面面形，求出这两个面形之差得到该促动器的响应函数，由各促动器的响应函数组成刚度矩阵，然后用阻尼最小二乘法计算各支撑点的校正力。最后，通过PID算法闭环控制各促动器施加力的过程。经过3次校正，将初始状态的1．22XRMS的面形误差校正到0．12kRMS，接近了镜面加工的0．1XRMS面形精度，说明所采用的主动校正算法和过程正确可行。

对应用需求、卫星可提供资源和技术能力等方面进行综合工程技术权衡，提出了总体优化的光学结构设计方案。设计了在0．4～2．5μm工作，焦距为800mm，焦比为4．5，视场为1．43°的非球面三反射镜望远镜和棱镜色散非球面准直一成像光学结构的新型成像光谱仪，其调制传递函数（MTF）达到0．44～0．62，光谱分辨率为3～23nm，仪器的总重量约为70kg。在焦平面器件性能和信噪比等技术指标相同的情况下，如果用光栅或干涉式傅里叶变换光谱仪，则需要FN在3以下，仪器的总重量将〉100kg。取得了成像光谱仪分辨率高、积分时间短，焦平面器件接受的辐射能量弱等参数条件下的权衡优化设计。

为避免光学系统传递函数（MTF）测量中手动背景校正方法的诸多弊端，提出了自动背景校正方法，这种方法能够准确去除线扩散函数中的背景，并且不受周围环境光照不稳定的影响。将这种方法应用在数字傅里叶法MTF测试中，完成了对镜头MTF的测试。试验结果表明，测试平均误差小于5％。

利用Zemax光学设计软件与自编计算机辅助装调软件,实现了对大口径、长焦距、无中心遮拦离轴三反射镜光学系统的装调.通过Zemax软件模拟光学系统的失调模式,得到整个光学系统的波前像差,把波前像差代人到自编的复杂光学系统计算机辅助装调软件中,计算出光学系统的失调量,与引入的失调量对比,证明了其正确性.在实际的装调过程中,用小型球面干涉仪分别收集3个视场的干涉图,得到失调光学系统的失调量,用Zemax软件验证失调量数据的正确性,从而指导装调.按此方法,在波长λ＝632.8 nm时,得到离轴三反射镜光学系统的全视场波像差RMS值为0.108λ.该方法也可以运用到其他光学系统中.

二元光学元件用作透镜在原理上色差非常大,若不在设计上做出补偿,则会限制其在宽波段上使用.阐述了利用二元光学元件色散特性的新型超光谱成像仪的基本原理和应用前景.由于国内加工衍射透镜工艺条件的限制,提出利用折衍混合透镜代替衍射透镜来实现色散和成像,介绍了此透镜系统的设计方法,利用光学设计软件进行分析和评估,希望对二元光学超光谱成像仪的设计具有指导意义.

为设计一套基于球面的600mm口径望远镜系统,分析了四种可能的实现形式,即Maksutov,Houghton,Klevtsov和使用Cook补偿镜的Cassegrain形式,并分别得到了满足指标要求的设计结果。通过分析每种形式的优缺点,结果表明,使用Cook补偿镜的Cassegrain形式最为适合,并对其进行了详细的分析和设计。