优化的拼接算法是环形子孔径扫描测量大口径非球面光学元件的关键问题.针对一种基于离散相位值的环形子孔径拼接算法,从精度评定判据入手,对随机噪声、高阶噪声、重叠区宽度及子孔径数目这几个主要影响因素进行了数值仿真分析.结果表明,该算法对高阶噪声和随机噪声均不灵敏,高阶噪声的影响略大于随机噪声的影响;对口径和相对口径较大的非球面,相邻子孔径间重叠系数应大于0.15,对于非球面度不大的非球面,重叠系数可大于0.25, 能以较高精度求得拼接参量.

介绍了对角线为110mm六边形反应烧结轻质碳化硅平面反射镜超光滑光学加工工艺流程.详细阐述了各个工序所使用的磨具、磨料和抛光机床工艺参数,对实际加工的轻质碳化硅平面反射镜超光滑表面进行检测,检测结果为:面形精度均方根值(RMS)为0.011λ(PV值为0.071λ,λ=632.8nm),表面粗糙度RMS达0.75nm.

采用二维ＰＳＤ功率谱密度函数来评价光学元件面形中频波前．而这部分波前误差在传统的分析中被表示为"残余量"．它们产生的散射会严重地影响光学系统的成象质量。简要叙述了ＰＳＤ的计算方法及实验结果。

针对高精度大口径非球面镜通常存在定量检验方法(补偿器法、全息法、自准直法)所需要的辅助元件制造困难、成本高这两个主要难点,利用不同曲率半径的参考球面波前来匹配被测非球面表面不同的环带区域,使它们之间的偏离量减小到在小口径干涉仪的测量范围内,每次测量仅是被测表面的一部分,通过算法'拼接'可得到全孔径的面形信息.给出了其拼接数学模型、参量求解方法及其精度评定判据.仿真分析表明,该技术是切实可行的,算法具有较高的拼接精度.该方法无需辅助光学元件就可实现对大口径、大相对口径非球面的直接测量,且具有很宽的适用范围.

为准确有效地检测大型非球面光学元件的面形,研究了接触式测量光学元件的测量点分布方式。使用不同密度的径向分布及均匀分布的测量点分别对以不同Zernike多项式表示的面形偏差进行采样,然后计算采样所得面形相对给定面形PV值及RMS值的最大相对误差,并对计算结果进行了分析。对1.8m抛物面镜面形实测结果表明：在镜面加工的成型及粗磨阶段,由于面形偏差主要呈旋转对称分布,低密度径向分布测量点即可满足继续加工的检测需求;在精磨及初抛阶段,面形偏差主要为像散或其它非对称面形偏差,测量点均匀分布是提升测量精度的有效手段。此分析方法可以指导测量点的排布方式,从而确保由测量点分布引入的测量误差小于镜面本身面形误差的1/5,提高检测效率。

采用轻量化结构的空间相机主镜,因为镜体力学分布较传统的实心镜体复杂得多,因而轻型镜面的加工较之实心镜面复杂得多.镜子在加工中的支撑方式和受力状态是影响镜面加工精度的主要因素之一.没有严格准确的数学分析难以保证镜子的加工精度.本文用有限元法首次对正在加工中的空间相机主镜进行力学分析.根据变形规律设计了几种支撑方案,从中选定了主镜的最终支撑结构.镜面面形的加工精度实现PV值l/10,RMS值l/62.满足使用要求.

针对大口径光学器件在抛光加工过程中子孔径拼接检测效率低的问题,提出并分析了用稀疏子孔径采样法对大口径光学器件抛光加工过程进行过程检测。通过软件仿真分析稀疏子孔径不同的采样分布,并拟合出不同采样分布的全口径面形,与实际测得全口径面形进行比较。结果表明：当稀疏子孔径采样分布合理时,稀疏子孔径采样检测法检测出的全口径面形与实际测量的全口径面形相当,所以稀疏子孔径采样检测法可以在抛光过程中进行检测,从而提高检测效率。

补偿器是大口径非球面主镜补偿检验的关键元件。随着主镜口径和相对口径的增大，由于高阶像差的影响，补偿器的优化结果与初始结构偏离也相应增大，此时若能用法线模拟反射面代替主镜，将检验时的自准光路简化为单次通过补偿器的光路，则优化过程将大大简化，且易获得好的补偿效果。用法线模拟反射面代替主镜时，光源位于主镜顶点曲率中心，模拟面的系数由主镜参数决定。设计结果表明，这种模拟面对F／1的主镜法线都有很好的符合精度。

以φ400mm轻型平面镜为例，介绍了采用机械减重法制造轻型镜的工艺技术。镜坯的轻量化采用了刚度虽不是最优，但工艺性最好的圆孔结构，并采用专门设计的钻头钻孔，再用氢氟酸消除微裂纹。加工结果表明，该镜的减重比达44．5％，但仍具有足够的刚度，且没有影响加工精度的变形。

Fizeau干涉仪由于具有参考光与测试光共光程的优点成为多数干涉仪采用的结构形式,对于干涉仪的结构及其影响因素在理论上已进行了较广泛的研究。但如何对Fizeau干涉仪进行仿真是干涉仪检测所面临的问题。本文首先简要介绍Fizeau干涉仪及相位解包裹的基本原理并利用Matlab编写了基于矩形域的解包裹程序。然后利用Zemax光学设计软件建立起Fizeau干涉仪通用模型,利用四步相移法对干涉仪的面形检测进行仿真并利用编写的解包裹程序计算出待测面的面形。仿真面形检测结果与真实情况一致表明Fizeau干涉仪通用模型能较好的对实际干涉仪面形检测进行仿真。