自由曲面能有效地简化光学系统结构并提高其性能,在照明光学系统和成像光学系统中均具有良好的应用前景。为了实现自由曲面的高精度光学检测,分析了自由曲面的计算机全息图（CGH）检测方法并讨论了它的限制因素;探讨了使用基准CGH区域解决自由曲面检测时的对准问题;设计并制作了直径为180 mm的CGH对某三次方项波前编码自由曲面（口径150 mm,PV为6λ,λ@632.8 nm）进行了光学检测,该方法的检测结果（0.068λrms）与非零位检测方法的检测结果（0.067λrms）一致,实验验证了自由曲面的CGH检测方法。该方法具有易对准、精度高和效率高的优点。

研究了利用圆形子孔径拼接和环形子孔径拼接检测非球面的方法，以实现非零位补偿法对大口径非球面的测量。分析和研究了该技术的基本原理，并基于齐次坐标变换和最小二乘拟合建立了综合优化和误差均化的拼接数学模型；分别开发了圆形子孔径拼接和环形子孔径拼接检测非球面的算法软件；设计和搭建了子孔径拼接干涉检测装置，并分别利用圆形子孔径拼接和环形子孔径拼接实现了对一口径为350mm的双曲面的检测。对待测非球面进行了零位补偿检测实验，结果显示，圆形子孔径拼接与全口径补偿测量结果的PV值和RMS值的偏差分别为0．031λ和0．004λ；环形子孔径拼接与全口径补偿测量结果的PV值和RMS值的偏差分别为0．028λ和0．006λ；3种方法测量所得的面形分布都是一致的。所提出的方法提供了除零位补偿检测外的另一种定量测试大口径非球面...

利用环形子孔径拼接干涉技术可以不需要补偿器、CGH等辅助元件就能够高分辨、低成本、高效地实现对大口径、大相对孔径非球面的检测。介绍了该技术的基本原理，并基于最小二乘法和Zernike多项式拟合建立了合理的数学模型，同时对其进行了计算机模拟实验，拼接前后全孔径相位分布残差的PV值和RMS值分别为0．0079λ和0．0027λ，说明该拼接模型和算法是准确可行的，从而提供了除零位补偿外又一种定量测试非球面尤其是大口径非球面的途径。

提出了运用干涉仪的Fiducial功能确定干涉仪CCD的测量坐标系与非球面镜面坐标系的对应关系，然后对两者关系进行正交化拟合，从而标定出非球面干涉检验中的投影畸变，并用于某高次、离轴非球面进行干涉检验中的投影畸变标定，拟合精度为1．96453μm。根据标定结果对干涉测量面形图重构，进行了数控抛光实验，最终面形精度达到均方根值λ／20（λ-0．6328μm），证明拟合精度完全满足数控抛光的要求。

针对空间相机用反射镜RB-SiC材料由Si／SiC两相结构引起的光学表面缺陷问题，提出了表面离子辅助沉积（IAD）硅膜的改性新方案以优化RB-SiC光学表面反射率。对厚度为10±0．5μm的IAD-Si改性层的主要性能研究显示：IAD-Si膜层为非结晶结构，能够提供较好的抛光表面，在77-673K的热冲击下膜层稳定性良好。以Si膜的抛光机理为依据，对IAD-Si改性层进行了大量抛光工艺实验和表面质量测试，给出了关键的抛光工艺参数和实验结果。通过表面IAD-Si改性及本文提出的改性层超精加工技术能够在反射镜表面得到面形精度RMS值优于1／20λ（λ=632．8nm）且表面粗糙度RMS值〈0．5nm的超光滑表面；与改性前相比，反射镜改性层抛光表面在360-1 100nm波段的反射率提高了4．5％以上。

为了实现某大口径碳化硅材料凸非球面反射镜检验，研究了无像差点法以及补偿检验法方案。经过比较优选，确定选用补偿检验方案并专门设计了高精度大口径非球面补偿器，设计精度为PV：0．008 2λ，RMS：0．0029λ（λ=632．8nm）。采用会聚光束，使用大口径数字干涉仪进行凸非球面正面检测，最终检测结果为0．022λ（RMS）。所述补偿器的设计方法和要求具有普遍性，设计结果也可用于同类型大口径凸非球面检验用补偿器的设计。采用该方法提高了凸非球面检测精度，并且在凸非球面镜的材料选择、结构设计、支撑方式等方面提供了更多的优化空间，为新型光学材料在凸非球面反射镜的应用奠定了基础。

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。

为实现对用于红外侦察、预警相机中的非球面元件的快速加工,研制成功了具有两种运动方式、双磨头姿态的六轴联动型非球面数控光学加工中心FSGJ-Ⅱ。在系统多机构自由度的优势下,对系统加工、检测轨迹进行了优化设计。同时,基于对相邻点面形变化率的比较,借助于一实际矩形离轴非球面,构建了适用于非回转对称离轴非球面加工、检测轨迹的常规方程。

通过一空间相机光学系统中某透镜的高次非球面表面加工过程,提出了一种基于小磨头数控光学表面成型技术(CCOS, Computer control optical surfacing)和非球面轮廓检验、零位补偿检验技术的中等口径高次非球面光学表面的加工、检测方法,并且给出了补偿器实际光学设计结果.文中采用这种方法加工的高次非球面表面,最终精度优于1λ P-V(λ=632.8nm),满足了设计要求.对这种技术的适用范围进行了简明的讨论.

用于红外侦察、预警相机中的非球面,当直径大于500mm时,非球面的偏离量大约为200μm以上(PV值),目前的发展趋势是非球面偏离量还会继续加大.如果从最接近球面开始修磨,则工作量较大、工作周期较长.所述加工系统基于直接成型非球面的思想进行开发,通过精度标定,借助于误差补偿手段保证了系统的加工精度,实现了非球面快速铣磨成型的目的.