合理的轻量化结构设计是降低大口径反射镜重量的实际而有效的方法,同时可以有效减少自重等对反射镜面形精度的影响。本文以口径为Φ1200mm主镜为研究对象,采用有限元分析作为研究手段,根据等刚度原则,结合实际工艺情况,设计了两种结构形式的主镜轻量化方案。根据有限元分析结果,确定基于反应烧结碳化硅（RB-SiC）工艺、背部半封闭结构、锥形后表面、采用扇形轻量化孔形式的结构方案为首选方案,并成功研制出了反射镜镜坯。

本文运用力学分析方法,揭示了工程实践中的基于中心轴支撑的大口径高精度反射镜面型变化机理,通过有限元分析结果与实验结果的对比,提出了使用装调手段控制其在微小范围变形的基本方法;在对520mm口径中心轴支撑椭球面反射镜进行装调的实例中,运用该方法获得了RMS值1/50λ(λ=632.8nm)的面型精度.

研制纹影测试系统中大口径主球面反射镜的装调结构．利用有限元法，对有效通光口径直径为800mm的主镜进行应力和面变形分析．采用断裂几率预测法校核玻璃机械强度，通过优化得出反射镜面变形的均方根（root mean square，RMS），以此为依据，设计出满足系统技术要求的主镜装调结构．

针对大口径非球面反射镜在研磨阶段后期其面形与理想面形存在较大偏差，且表面粗糙度较大、反射率较低，采用轮廓仪和普通干涉仪检测无法满足测试要求等问题，提出采用动态范围大且精度高的Shack—Hartmann波前传感器来检测大口径非球面反射镜。研究分析了Shack—Hartmann波前传感器检测系统的原理及系统误差并编写了相应的数据处理软件。为了验证该方法的可行性，对已经加工完成的350mm口径旋转对称双曲面面形进行了检测，测量得到的面形误差PV值、RMS值分别为0．388X、0．043k（k=632．8nm）；与干涉测量的标准结果进行了对比，得到的面形偏差PV值、RMS值分别为0．014x和0．001k。对比结果表明，Shack-Hartmann波前传感器的测量结果正确可靠，从而验证了Shack-Hartmann波前传感器检测大口径非球面反射镜的可行性。

为了研究大口径反射镜的面形，在广泛调研大口径反射镜应力控制技术的基础上，从理论模型和实验两个方面同时进行。利用ANSYS建立大口径反射镜模型，得到其重力作用下的形变和受力面积变化的DPV-S关系曲线。建立了反射镜面形变化实验验证平台，对垂直放置的反射镜在不同方向上加力，利用干涉仪实测上侧面加压和背部支撑时的形变。实验验证了理论模拟结果，二者相差仅仅0．002μm-0．122μm。结果表明，这对今后进行类似的实验研究提供了值得借鉴的面形检测方法，为寻求优化的大口径反射面形控制装校方案奠定了基础。

依据高功率固体激光装置对大口径反射镜附加波前畸变的严格要求,通过选择适合的结构形式、材料及连接方式和支撑位置设计了大口径反射镜支撑结构,并对其进行了优化分析计算和验证性试验。面形精度试验结果表明：装夹引入的附加波前畸变的峰谷值（PV值）约为150nm,小于λ/3（λ=632nm）,结构满足设计指标要求。