基于光电传感技术和平行光扫描检测原理,设计了一种透射式激光扫描直径检测系统。该系统利用平行平晶构成透射式激光扫描发射器,在不包含扫描物镜的条件下就能产生高度平行的扫描光束。以FPGA为核心的测控平台包含前端数据处理模块和通讯模块;根据外围计时电路测得的时间参数求出入射光在平晶表面的入射角度,从而得到透射光相对入射光的偏移距离,再经过简单的代数运算得到被测工件的直径。详细论述了系统的检测原理和相关特性,搭建了试验平台,分析和试验结果表明该方法对扫描转台的装配精度要求不高,容易将测量误差限制在±0.008mm以内。

为了解40cm水平式望远镜经纬轴系的刚度，并解决轴系误差检测值与实际使用中轴系精度之间的矛盾，本文采用有限元法，对经纬轴系关键性部件进行了模态分析和重力变形分析，分析结果表明结构刚度满足设计指标要求。利用不同经度角下经轴轴系支撑结构的重力变形分析结果，计算出重力变形引起的经轴晃动误差，并与检测结果进行比较，得出两者均具有随经度角改变而正弦变化的相同规律。利用计算值对检测值进行误差补偿，使得经轴轴系晃动误差PV值从7.2″降到2．6″，RMS值从0．7″降到0.3″，补偿后的经轴晃动误差更符合实际使用状态下的轴系精度情况，可作为经轴轴系性能是否满足指标要求的准确判据。

数字微镜器件（DMD）可以对反射后的光线进行分束，再经过透镜聚光后，能够形成点光源阵列，其中点的大小、间距都可以很方便地控制。相较于传统的微光学器件，DMD具有不可比拟的柔性，而且成本很低。利用DMD构建的数字并行光源可以用于并行共焦显微探测，实验搭建了一条适应于目前测量环境的光路，对比了周期不等的点光源阵列后，得到了在同时满足DMD和CCD的像素要求的前提下，阵列周期越小越能提高测量纵向分辨力的结论。

风载引起的主镜变形是大口径望远镜必须考虑的问题。针对类似于Subaru望远镜的薄镜面能动光学系统,采用固定点力反馈控制方法对风载进行校正,本文引入了压强模式的概念,提取出风载产生的镜面变形的大部分信息,并据此对固定点力反馈控制方法进行了研究,得到如下结论：风载产生的镜面变形主要是平移、倾斜、像散和离焦等低阶像差;相同系数的情况下,平移和倾斜压强模式可以产生更大的镜面变形,对固定支撑点产生更大的力;基于压强模式的固定点力反馈控制方法对风载有较好的校正效果。

为了能够全面评价掠入射光学系统的成像质量，基于像差理论和傅里叶光学原理，使用Matlab编程语言编写了针对掠入射系统的像质评价程序，并利用此程序结合ZEMAX软件对用于太阳观测的WolterI型和双曲面-双曲N（H—H）型掠入射系统的成像质量做了详细的分析。结果表明，该像质评价程序能够计算不同口径和焦距的掠入射系统在不同视场，不同工作坡长时的点扩散函数、能量集中度、线扩散函数和调制传递函数，对掠入射系统的设计和优化具有指导作用。

为了减少非等晕性对望远成像系统性能的影响,扩大系统的有效视场,对宽视场望远成像系统的非等晕性进行了研究。首先采用多层相位屏法实现了非等晕成像的数值模拟,然后利用数值模拟系统计算了典型大气条件下（大气相干长度r0=0.1m）轴中心点与偏离轴θ角度目标点两者间的畸变波前均方差值,分析了系统口径D分别为1m、2m和4m对应畸变波前均方差值随偏离角度θ的变化情况。分析结果表明,畸变波前有倾斜项时,系统口径D越大,畸变波前均方差值随角度θ的增加上升得越慢,非等晕性的影响越小;去掉倾斜畸变时,系统口径D越大,畸变波前均方差值随角度θ的增加上升得越快,非等晕性的影响越严重。倾斜非等晕性随系统口径的增加而减少,对大口径的望远成像系统（D≥5m）主要考虑高阶波前畸变对成像的影响。

为了精确控制FSM系统中平面反射镜的偏转角度,研制了专用型光栅测微仪对其进行位置测量,以实现系统的闭环控制。在明确了FSM系统对测微仪应用需求的基础上,根据其技术原理,对光栅测微仪的小型滑轨、标尺光栅图案、指示光栅图案、绝对零位编码、指示光栅移相以及接触探头分别进行了设计与选择。经精密加工、装配、调试后,所得光栅测微仪的测量范围为±2.5mm,响应频率为1000Hz,全行程测量精度优于2μm,测量分辨力优于0.06μm,并能提供绝对零点位置。工程应用实践证明：该光栅测微仪具有高精度、高分辨力、高可靠性的特点,满足FSM系统的使用要求。

为了研究调焦镜组件中环形胶层对系统的影响，分析了胶层的建模方法即详细模型和等效刚度模型。采用等效刚度模型对调焦镜组件进行均匀温度变化分析，把计算的面形误差和实际检测结果对比。综合考虑结构粘合剂泊松比、粘结位置、胶层宽度和胶层厚度等因素对面形误差的影响，提出改进的优化设计方案，并对调焦镜组件进行尺寸稳定性分析，同时考察粘结安装过程中可能出现的偏心现象对系统的影响。计算结果表明：对胶层使用等效刚度模型可以准确反映结构粘合剂的材料属性，优化的粘结方案不仅满足设计要求而且有效防止了偏心粘结造成的胶层分布不均匀对系统的影响。

大型非球面反射主镜的检测, 国内通常采用离线的卧式检测。由于气流、温度变化以及地基振动等环境因素，容易影响检测的可靠性和重复性。国外在大型非球面反射主镜的检测中普遍采用在位或离线的立式检测塔。本文针对Φ1.07 m，F/1.5非球面反射主镜在加工中的检测，在有限的加工环境中设计了一套分体式立式在位检测塔，由一个四维工作台调节平面反射镜来转折光路、一个五维工作台调节补偿器和一个五维工作台调节干涉仪以满足测量中自由度的调节需要。用有限元分析软件ANSYS对立式塔进行了应力和应变的设计分析以检验其刚性、重心位置和变形情况，以及避免与工件转台产生共振的模态分析。该检测塔在Φ1.07 m，F/1.5非球面反射主镜加工过程中得以用于检测测量，获得了稳定的干涉图和良好的重复性，工件接近完工时的检测结果为PV=0.313λ,...

根据某空间光学系统的SiC反射镜的设计指标要求，对比分析了各种轻量化结构（包括三角形、正方形、六边形和各种扇形轻量化结构）的力学（自重变形）、热学性能（温度应力变形）。综合比较这些轻量化结构的轻量化率、比刚度和热稳定性能，最终确定采用一种扇形轻量化结构。在轻量化率达到75%的情况下，镜体的自重变形和热变形均满足要求：采用Zernike多项式拟合去除刚体位移后得出，在周边支撑情况下镜面由于自重引起的表面畸变量的RMS值为0.010 1 μm，约为λ/60（λ=0.632 8 μm）