根据极轴式望远镜的工作特点,以口径为700 mm的极轴式望远镜主镜室系统为例,确定了一套主镜支撑方案。借助于有限元分析软件MSC.Patran详细地建立了系统的有限元模型,选取多种工况,分析了系统在自重作用下的镜面变形情况,绘制了镜面变形误差PV值和RMS值的变化曲线。结果表明：镜面变形主要受α角的影响,随着α的增大而减小,径向支撑效果优于轴向支撑效果,镜面变形误差满足设计指标要求。在主镜室系统竖直放置时,利用Zygo干涉仪测得带支撑结构的镜面变形误差RMS值为28.48 nm,表明主镜在该支撑结构作用下的面形接近于加工检测时的状态,同时也验证了有限元模型的准确性。

分析了常规透射镜组检测方法的缺点,在添加简单的辅助元件情况下,提出了一种新的检测透射镜组装调完成后整体组件的方法,从而解决了大口径光学系统应用中透射镜组的光学质量检测问题.分别以两个实际光学系统为例,给出了透射镜组的设计和准确度要求.随后利用该方法对实际系统中装调完成后的透射镜组进行检测,并将分析结果和实际检测结果进行比较,得出该方法的检测准确度优于0.01λ,证明了该检测方法的可靠性和正确性.最后用检测结果指导装调,使得透射镜组的最终装调完成后的质量满足了要求.

针对应用在极轴式望远镜中的主焦点式光学系统,从主镜的支撑设计与分析、主镜的装调检测、校正镜组件的设计装调和系统的装调检测等方面进行了深入的研究.充分应用了有限元法分析主镜的支撑、定心仪检测光轴的同轴度、平行光管检测系统像质等,得出了主焦点式光学系统的一般装调检测方法.装调后的主镜面形检测结果均方根值达到0.042 8λ,校正镜组的光轴同轴误差达到12.4".对系统的像质评价采用能量集中度法,成像在靶面上的星点80％能力集中度在24 μm×24 μm范围以内,达到设计指标要求,说明系统结构设计合理,装调检测方法可行.该方法和思路可推广至其他主焦点式光学系统的装调检测工作.

设计了一套用于控制薄镜面主镜面形的力促动器,并进行了实验测试。分析了常用的可以实现高精度、高稳定性的力促动器结构形式;结合实际情况和目前薄镜面主动光学实验系统的要求,设计了由步进电机驱动谐波减速器、精密丝杠传动,S型Loadcell反馈输出力变化的力促动器结构。最后,通过开环和闭环实验对结构进行了测试。实验结果表明,该力促动器行程为0~10 mm,输出力为—100 ~100 N,精度优于0.05 N,满足大行程、高精度微量输出和高稳定性要求,可以应用于主动光学支撑系统,同时也适用于其他精密调整结构。

针对平行光管主镜应用真空垂直状态的特点，从主镜的支撑方式入手，推导了适用于whiffle tree结构的支撑点的位置公式，设计了空间曲线切口式柔性铰链，分析了不同结构形式的主镜室的变形。建立主镜室支撑系统的有限元模型，分析计算了系统的静力学变形和谐振频率，分析的结果表明在支撑结构的作用下，主镜镜面的面形RMS优于0．05λ，一阶谐振频率达到65．9Hz，完全达到了设计要求。

通过对比国内外大口径望远镜光学系统的发展和研究现状，提出针对大口径望远镜系统的加工、装调和使用建立误差分配体系的方案。介绍了误差分配体系包含的内容，并对其进行归类。以1．2m望远镜光学系统为例，阐述了误差分配原则。首先，根据设计确定总体误差标准，然后，计算误差分配的项数，最后，依据分配原则，结合实际加工和装调水平，给出了合理的误差分配结果。结果表明，在满足目前国内加工要求和装配的条件下。该方案使分配后该望远镜光学系统误差（RMS波像差）〈λ／8．5，为大口径望远镜光学系统的误差分配提供了有力的依据。

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。

补偿器法是测量非球面反射镜面形误差的一种重要的方法。在检测过程中，各个元件之间的调整会带来初级像差，这是影响最终检测结果的一个关键因素。本文以一个1m口径的非球面反射镜为例，首先详述了其面形误差检测的设计和测量过程，然后分析了各个元件的调整会带来相应的初级像差，随后给出了实际检测过程中出现的误区，并对其进行了分析和讨论，结合实际的检测过程得出了相应的判断和消除的方法。最后，分别对300mm、700mm口径非球面反射镜与本文1m非球面镜的检测结果进行了比较，证明了该误区会使最后的检测数据发生变化，从而使最后的检测结果失真，并验证了先判别后消除方法的可靠性。最后利用正确的方法，检测得到1m口径非球面被测镜的RMS面形误差为0．038λ，满足指标要求。

Coude光路是大口径望远镜光学系统必要的组成部分,它将主望远镜的光束进行传递,以使其进入望远镜机下Coude实验室,与子光学系统相耦合。在Coude光路中,存在多块折转反射镜,反射镜之间的相对位置关系影响着系统的成像质量。因此如何保证光学元件之间的位置关系,成为光机结构研究的关键问题。根据系统要求分析并设计了各类型调整机构,包括二维半运动支撑倾斜调整机构、一维燕尾形导轨平移机构和一维精密旋转机构,机构行程大、操作便捷,既保证光学元件之间的准确位置关系,也便于装调和检测。整个研究方法适用于光机系统调整,在实践中得到了应用。

针对4 m光电望远镜中SiC轻量化主镜比刚度大,面形精度要求高的特点,提出采用液压whiffletree被动支撑并联力促动器主动支撑的轴向液压主动支撑方案.液压被动支撑承担镜重,主动支撑仅输出校正主镜面形误差所需的主动校正力,从而减小主动支撑元件力促动器的作用力范围,提高主动校正力精度.借助于有限元法完成了轴向和侧向支撑系统的优化,确定了轴向54点和侧向24点等间距等力（β=0.5）支撑系统设计.当仅有被动支撑作用时,主镜水平和竖直状态下重力引起的镜面变形误差RMS值分别为37.8 nm和82.9 nm.采用主动校正后,主镜水平和竖直状态下的镜面变形误差RMS分别减小到12.0 nm和9.8 nm.不同俯仰角下主镜的镜面变形均能满足面形误差RMS不大于λ/30（λ=632.8 nm）的指标要求.