针对大型环形平面尤其是非连续平面(带孔、有槽、中间有凸台子、中间间断、异形平面)平面度的检测,研制了一种新型测量设备—激光平面度仪。该仪器采用了激器、五棱镜与转台组合产生基准平面,以PSD作为探测器;通过测量被测点与基准面的高度差获取平面度数据。该仪器的测量不确度为4.6μm。

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.

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。

介绍了一种大相对口径非球面精磨阶段面形的测量方法原理及实现其功能的软件设计.利用机械接触式装置,通过长导轨及其光栅探头的高度变化来直接测量非球面的矢高,并把所测得的三维数据传输给计算机.经数据修正和预处理,通过MATLAB软件计算得到整个镜子的面形特征参数.其结果用来指导大口径非球面的精磨加工.

介绍一种大口径六环组合光学玻璃大型菲涅耳透镜的光学设计原理、整体工艺方案、各个球面环带的工艺计算和加工方法;讨论了大型菲涅耳透镜的光学胶合以及整体扇型切割成型方法;给出了研制成功大型菲涅耳透镜的光学检测结果.

瑞奇-康芒法是检测大口径平面时的行之有效的方法。由于被检平面处于发散光路中，这就使得平面面形与系统波像差之间的关系(即影响函数)变得十分复杂，推导起来十分困难，故长期以来该方法只能作为一种定性或半定量的检测手段。给出了数学算法，推导出了被检平面镜面形误差与检验系统波像差之间的相互关系，实现了瑞奇-康芒的定量检测。

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.

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。

针对干涉仪高精度检测的需求,本文提出了旋转法标定干涉仪系统误差,实现绝对检测,从而提高检测精度。该方法根据Zernike多项式的性质,可以通过N次平分旋转和一次旋转法两种方法实现。本文对这两种方法分别做了详细的理论推导,并且给出具体实验结果与误差分析。实验结果表明,两种方法的测量结果基本一致,差值的PV值为0.006λ,RMS值为0.001λ。误差分析结果表明,一次旋转法的旋转误差小于N次平分法,因此一次旋转法是一种精度更高的方法。